人工影響天氣數據分類與編碼設計研究

戴艷萍 李德泉 車云飛 段婧 李宏宇 錢堯

（中國氣象科學研究院，北京 100081）

0　引言

人工影響天氣主要是基于人類為了生產和生活的需要，希望通過人為干預以防止或減輕由惡劣天氣引起的自然災害（如干旱、冰雹、雷電、暴雨等），進而在適當條件下，促使天氣向有利于人類需要的方向發展的活動[1-2]。

作為氣象信息化[3]建設的重要組成部分，人影信息化工作伴隨人工影響天氣業務能力與科技水平的提高也獲得了長足發展[4]。人影業務以作業為核心，以需求為導向，其目標是實現“三適當”，即在適當的時機在適當的部位播撒適當劑量的催化劑。而人影信息化工作也圍繞人影業務提供各數據采集、管理與服務的信息技術支撐手段。人工影響天氣數據具有應用針對性強、時效及時迅速、資料連續完整等特點，其需求覆蓋從天氣預報、數據分析、監測與評估和科學研究等多個重要領域。到目前為止，人工影響天氣業務使用的的數據編碼規范多以工程文檔、業務規范的形式存在，未形成標準規范。鑒于此，有必要對資料的分類和編碼制定標準，予以規范化管理，以適應人影業務現代化事業發展的需要。

1　人工影響天氣業務概述

人工影響天氣（圖1）是現代氣象業務的重要組成部分，是公共氣象服務的重要領域。我國從1958年開展人工影響天氣工作以來，逐步形成了各級政府領導、氣象主管機構管理的組織管理體系和地面火箭、高炮與飛機播撒相結合的增雨雪、防雹作業體系。近年來，隨著經濟社會發展的需求增加以及氣象事業的快速發展，人工影響天氣業務能力和科技水平有了顯著提高，先后開展了人工增雨、人工防雹作業及人工消霧、人工消云試驗等工作，在農業抗旱、減輕冰雹災害、緩解水資源短缺和改善生態環境等方面發揮著越來越大的作用。人工影響天氣已成為防災減災、緩解水資源短缺和改善生態環境的重要措施之一。我國人工影響天氣正在向常態化、制度化、規模化方向發展，目前全國已有30個省（區、市）開展人工影響天氣工作，并能夠根據需求一年四季開展人工影響天氣作業。人工影響天氣工作已成為我國防災減災和空中云水資源開發利用的重要科技手段[4]。

圖1　人影業務示意圖Fig. 1 Diagram of weather modification operations

1.1　人工影響天氣數據組成

人工影響天氣信息化開展的一個重要前提是人影業務數據的標準化梳理。從產生來源劃分，人影相關數據可以劃分為觀測數據、產品、管理信息等。觀測數據主要指從綜合觀測系統獲取的各種觀測數據，包括常規業務觀測和人影特種觀測數據（例如，人影飛機機載探測云微物理資料）。產品數據特指經由各級人工影響天氣綜合業務系統產生的分析產品、指導產品、預警產品等。管理信息包括人影作業相關的人員、裝備、作業信息等。

人工影響天氣業務從綜合觀測系統獲取各種觀測數據，基于預報預測系統生成作業條件預報預警產品，利用信息網絡系統實現數據與信息的快速收集和指導產品與作業指令的共享分發。人影作業從準備到實施的全業務流程、作業用裝備彈藥的全生命周期過程中均產生了人影數據及其衍生綜合分析產品。

1.2　人工影響天氣綜合業務系統

作為人工影響天氣業務的信息化支撐平臺，人工影響天氣綜合業務系統主要由信息傳輸與收集系統、綜合處理分析與作業指揮系統（CPAS）、數據存儲管理系統、共享發布系統、技術裝備研發等系統組成。其產生的各類數據產品也是人影業務數據管理的重點之一。

信息傳輸與收集系統基于氣象廣域網和各級局域網收集觀測數據、產品與信息，流轉上報人影作業信息，基于專網傳輸完成空域申報與批復信息[5]。

綜合處理分析與作業指揮系統根據人工影響天氣各時段業務對多源、多類、多尺度云降水信息的分析處理需求，開發監測反演融合、云降水宏微觀精細結構分析等為核心的綜合處理和加工分析技術，實現云降水生成發展演變動力和微物理等多尺度宏微觀結構的計算、分析、顯示和追蹤等多類云降水精細分析功能；面向各級人工增雨、防雹等業務需求，開發實現作業條件預報分析、作業條件監測識別預警、作業設計、跟蹤指揮和效果分析等功能，滿足人影各類各階段業務的需要[6]。系統從數據存儲管理系統中獲取各種數據，并將產生的產品、方案、指令存儲到數據庫中，同時由共享發布系統發布。實現面向全國各類人影需求的作業條件監測預報、作業方案設計跟蹤指導、作業決策分析可視會商、全國飛機和地面實時作業及空域狀態監控、作業信息和效果綜合分析、云降水多源數據采集和精細融合處理、產品加工制作和共享發布等多項業務功能。

數據存儲管理系統依托全國綜合氣象信息共享系統（CIMISS）[7]，通過數據優化集成，在CIMISS平臺中構建人影業務專題數據庫，形成全國統一規范的人影業務數據環境。主要存儲人影作業條件分析、決策指揮及效果檢驗所需的資料。

共享發布系統在氣象業務內網的框架下，將人影業務單位制作的業務產品推送到各級氣象業務內網發布。同時，各級建立人影作業指令和作業信息傳輸的移動APP終端，提供對指令和信息的實時更新、檢索查詢和管理。在直接負責指揮的人影指揮中心，建立作業預警信息和作業指令發布系統，對作業飛機、地面作業站點和移動式作業裝備實時發布作業指令。其中，作業飛機指令由飛機上的任務系統、北斗終端、海事衛星電話或短波電臺接收機接收；地面作業指令由作業站點的固定/移動應用終端接收。

人工影響天氣作業裝備和技術方法已經形成空中和地面一體化作業體系。隨著高性能飛機的投入使用，播撒技術和催化劑配方的不斷研發改進，人工影響天氣作業裝備整體水平有了明顯的發展和提高[8]。

2　分類與編碼方法

2.1　分類方法

數據分類遵循GB/T 7027-2002，采用混合分類法。

一級分類遵照QX/T 102-2009和最新修訂的“氣象數據分類與編碼”。二級分類選取人工影響天氣數據的內容屬性、區域屬性、作業目的屬性的不同組合（面分類）進行分類。二級以下分類采用線分類法。

2.2　編碼方法

編碼方法遵循QX/T 102-2009，分類代碼由大類代碼和二級分類的各屬性代碼組成，各代碼之間用下橫線“ ”分類分割。

大類代碼用兩種方式表示，一是簡碼（一位英文大寫字母），二是標識符（為四位英文大寫字母組成）。

二級及以下分類屬性代碼用字母數字代碼表示，可體現屬性的基本意義，并便于人工識別、符合英文縮寫習慣。

3　人影數據分類與編碼方案

在人工影響天氣預報、監測分析、決策指揮、作業實施、作業效果評估業務中獲得或產生的氣象數據及其綜合分析衍生數據，由人工影響天氣業務的業務指導產品、作業信息、專用技術裝備元數據等幾部分構成。本文對人工影響天氣作業環節中產生的氣象數據及其綜合分析衍生數據進行二級分類和編碼，不包含人工影響天氣業務特種觀測數據。

3.1　一級分類

在QX/T 102-2009中，還沒有人工影響天氣數據的分類。遵循最新修訂的“氣象數據分類與編碼”，人工影響天氣數據一級分類簡碼為“P”，代碼為“MODI”。

3.2　二級分類

二級分類提取人工影響天氣數據共同具有的屬性進行分類和編碼。按照編碼順序，依次分為作業階段、作業目的、采集方式、作業位置、裝備種類屬性。

3.2.1作業階段分類編碼規則

針對人影作業從準備到實施的業務流程，按人影技術裝備彈藥作業的生命周期細分為以下不同階段，具體劃分如表1所示。

表 1 作業階段分類和代碼Table 1 Classfication and code of the operation stages

3.2.2作業目的屬性分類編碼規則

人工影響天氣作業目的屬性劃分如表2所示。

表2　作業目的屬性分類和代碼Table 2 Classfication and code of the operation purpose attributes

3.2.3采集方式分類編碼規則

針對人影作業數據采集方式，具體劃分如表3所示。

表3　采集方式分類和代碼Table 3 Classfication and code of collection methods

3.2.4作業位置分類編碼規則

人工影響天氣數據按照作業位置劃分為三大類，具體劃分如表4所示。

表4　作業位置屬性分類和代碼Table 4 Operation location attribute classfication and code

3.2.5裝備種類屬性分類編碼規則

人工影響天氣數據二級分類作業階段可按照裝備種類屬性進行劃分，具體劃分如表5所示。

表5　裝備種類屬性分類和代碼Table 5 Classfication and code of equipment type attribute

4　結語

人工影響天氣業務現代化的一個重要基礎就是信息化、數據標準化。作為原有氣象數據的分類編碼基礎上新增加的一個數據大類，人工影響天氣數據標準化設計須做到既符合人影業務實際應用和數據特點，又要兼顧已有基本氣象業務數據分類與編碼標準。本論文正是基于這些出發點提出新的分類與編碼設計方法，對人影作業從準備到實施的全業務流程以及裝備彈藥的全生命周期中所產生的人影氣象數據進行了整理，按照人影作業階段、作業目的、裝備類別、作業區域等數據屬性進行歸類，并對人影氣象數據進行合理的分類和編碼，形成獨有的人影氣象數據標準規范。基于本文方法的業務標準規范擬在全國人影部門試行，這符合人影業務現代化事業發展的需要，也能為氣象信息化提供基礎數據支撐。

[1]鄭國光, 郭學良. 人工影響天氣科學技術現狀及發展趨勢. 中國工程科學, 2012, 14(9): 20-27.

[2]郭學良. 大氣物理與人工影響天氣. 北京: 氣象出版社, 2010.

[3]沈文海. 對氣象信息化的理解和再認識. 氣象科技進展, 2013, (5):56-62.

[4]姚展予. 中國氣象科學研究院人工影響天氣研究進展回顧. 應用氣象學報, 2006, 17(6): 786-795.

[5]孫銳, 李宏宇．人工影響天氣地面作業空域管理信息化設計研究. 干旱氣象, 2016, 34(1): 202-206.

[6]王以琳, 張新華, 賈斌, 等．地面人影作業決策指揮系統建設的技術問題探討．氣象科技, 2011, 39(4): 502-506.

[7]熊安元, 趙芳, 王穎, 等．全國綜合氣象信息共享系統的設計與實現．應用氣象學報, 2015, 26(4): 500-512.

[8]邵洋, 劉偉, 孟旭, 等. 人工影響天氣作業裝備研發和應用進展．干旱氣象, 2014, 32(4): 649-658.