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从莫尔斯电码到卫星:经历没有计算机的年代,气象通信这样与时俱进

庆祝改革开放的 中国气象 2021-01-18

 导 读 


如果将气象事业比作人体,那么数据就是身体中流淌的血液,而通信系统则是遍布四肢百骸的血管。

收集、分发、交换……为了满足业务、服务与科研的需要,气象数据每时每刻都处在高速流动中,而气象人追求更先进通信技术的努力,也从未停止,气象通信的进步不断为气象事业注入着活力

本篇文章,我们一起来了解气象通信!


历史篇

从电码响起到网络落地:

气象通信一直在加速 


 

“嘀——嘀嘀……”莫尔斯电码的声音,如今我们也许只能在谍战剧中听到了。

但直到20世纪60年代中期,它还是我国气象通信的主要方式。

在那个年代,我国气象资料的收集依靠人工手抄各地气象莫尔斯电码来完成,资料的分发也依靠无线电莫尔斯广播。


莫尔斯气象广播


这样的通信方式,依赖于无线电短波传输。

熟悉收音机的朋友,可能比较清楚短波会受到各种干扰,声音容易“忽大忽小”。而莫尔斯电码无线通信和广播同样如此,天气、环境、距离,都会让通信质量受到直接影响


报务员在收讯组报房工作


在这样的背景下,1956年10月,北京与沈阳之间开通了我国第一条气象专用的有线长途电传电路,几年内,国内气象干线电传网初步建成,基层台站也用上了电传通信。


气象传真机房


操作员正在用传真发片机发送传真图


此后,无线传真技术逐步应用,到20世纪80年代中期,基层气象台站可直接接收中央气象台播发传真天气图和指导产品


电传机房一角


随着改革开放的脚步,气象预报和服务等业务快速发展。虽一再进化,但气象通信的需求仍然难以满足。气象人将目光投向了计算机和网络通信。

1980年,计算机的身影出现在气象通信领域。

那一年,北京气象通信枢纽工程建成并正式投入业务运行,首次实现了我国气象信息收集、传输和交换的自动化,并一跃成为世界天气监测网中技术水平先进的气象通信枢纽之一。

此后,1987年3月立项,1991年投入运行的“873工程”,又对计算机系统和网络设备进行了更新换代。


早期计算机气象通信系统机房


气象信息“入网”带来的变化显而易见,上连国家级中心、下连区域内各省的区域气象通信网络枢纽建成,省级和省以下气象部门也相继连通,全国气象部门从此跨入了气象通信网络化时代

但此时的气象通信,在利用计算机和网络方面,还刚刚解决了从无到有的问题。

到世纪之交,随着一项有“金气”美称的,前所未有的大型气象通信网络工程建成,才将这条刚开辟出的新路,真正建设成了任由信息往来驰骋的高速公路。

 

预报篇


“金气工程”来了:通信革新带来预报革命

 


气象网络通信建成之初,虽然数据传输速度提升很大,但缺乏整体设计,从国家级到省级、地市级乃至县级,各级各地的硬件、软件都分别建设,数据如何传输、系统如何配置要靠“自己想办法”来解决。

由于通信环境受限,数据传输种类相对有限、难以标准化、不易保证完整性等问题也逐渐显现。

为了解决这些问题,气象部门准备建立一个有着完整顶层设计的通信网络,真正打通全国各级气象部门数据传输的“经络”。

1992年10月,“气象卫星综合应用业务系统”,也就是著名的“9210工程”。它是我国气象现代化建设中前所未有的大型气象通信网络工程,总投资5亿元人民币。1993年开工建设,1999年投入业务运行。

“9210工程”这项工程创建了由一个国家级主站、6个区域级站、25个省级站、300多个地市级站、2000多个县级站组成,空中与地面相结合、专网与公网相结合,以卫星通信为主、地面通信为辅,以专网为主、公网为辅,覆盖全国、集中控制、分级管理的五级气象信息网络系统。

这张精密设计的通信大网,解决了长期制约我国气象事业发展的通信瓶颈问题,并带来了秩序和速度


气象通信能力得到了明显增强,通信速率由2400至9600bps,增至卫星单向广播2Mbps和双向传输512Kbps,省、地市两级气象台站从主站接收的信息量比过去提高了20至30倍,地面天气图、高空天气图和国外数值预报产品的传输时效,分别提前了1小时、3小时和2至3小时。


标准化,是“9210工程”的重要“标签”。

它带来了一系列的统一:全国气象通信网络的拓扑结构、网络平台和网络协议得到统一,数据库系统、主要业务应用软件、各级气象台站的数据处理平台也随之统一。

这是如同“书同文、车同轨”一般的重大改革,在标准化的基础上,气象部门得以广泛应用气象信息综合分析处理系统,并以它为依托,完成了天气预报从传统的手工作业向人机交互式自动作业的根本性转变,统一了天气预报业务公共平台,建立了崭新的预报服务业务流程,提高了预报服务现代化水平

气象通信的革新,推动了气象预报服务领域前所未有的一场革命。

 

技术篇


雷达数据也能随测随传?

与时俱进是气象通信的主旋律

 


进入21世纪,随着气象数据规模的不断扩大,以及信息技术日新月异的发展,气象通信系统也在不断更新和完善。

在“9210工程”建成时,卫星通信占据主力地位,同时肩负着数据上下行两项任务

此后,依托地面通信网络构建的全国气象宽带网建成,地面通信网络带宽迅速提高,逐步成为承载观测数据收集等数据上行业务的主通道。散布于全国各地的观测设备就像潺潺的溪水,最终交汇成大江大河。


地面网络具备与河流类似的结构,在国家级拥有800Mbps的地面网络带宽,各大区域中心拥有50Mbps的带宽,其他省级气象局也达到了40Mbps,如同干流和支流,收集起全国各地观测数据,最终汇总到国家级、省级的数据库中,而且地方气象部门也能从中获取个性化的高分辨率数据,用于本地精细化预报。


在全国气象宽带网建立发展的同时,2012年北京全球信息系统建成投入业务运行,成为世界气象组织首批认定批准的三个全球信息系统中心之一,全球数据收集与服务能力也进一步提升。

卫星通信同样在不断进步,它从数据收发双向任务中解脱出来,转而专精于发挥“一对多”这一卫星通信的特长,进行大范围广播。当初2Mbps的广播带宽,已经升级到今天的70Mbps带宽的CMACast广播系统,成为世界气象组织和全球对地观测组织数据分发系统的重要组成部分

它播发的气象数据,不仅让国内各级气象部门和相关行业用户受益,还惠及“一带一路”沿线20多个国家和地区,国内外用户超过2500个。


CMAcast覆盖范围,涵盖整个亚洲和大洋洲


与时俱进,始终是气象通信的主旋律。

随着CIMISS建立了国省统一的数据环境,以及观测、预报等业务的快速发展,气象通信迎来了新的挑战,新一轮的气象通信技术升级也已经走在路上。

传统的数据传送方式,就像用微信发文件,每次观测发送一个文件。在几小时或每小时进行一次观测的年代,收发“文件”尚可满足预报与服务获取及应用数据的时效要求。

但在观测频率已经达到分钟级,气象预报与服务日益精细化、专业化、个性化、全球化的今天,单一的“文件”收发方式不仅会给通信系统带来巨大负担,而且远远无法满足气象数据大容量、高时效收集交换需求。


而目前即将在全国投入业务运行的新一代气象通信系统,应用了数据流传输和消息队列等技术,可以做到在观测站进行观测的同时将观测数据实时传送到省级、国家级,大大提升了数据传输能力和效率。


这样的技术,能将雷达观测数据近乎实时地送达省级、国家级预报员的案头。

多普勒天气雷达以往要在每6分钟一次体扫结束后才能进行数据传输,这使得雷达数据在强对流天气监测预警等业务与服务中更为实时有效地发挥作用受到局限。而数据流技术的应用,使雷达观测数据可以在体扫的同时传输,即使预报员远在千里之外,也能近乎实时地获取雷达观测数据

改革开放已经走过了40个年头,在这个智慧气象逐渐走近我们的生活,大数据越来越普遍的时代,气象通信系统走在改革与进步的道路上,承载着气象业务发展的血液,继续高速流动。


推 荐 阅 读



中国气象报社 出品


文章作者:中国气象报全媒体记者刘钊

专家顾问:国家气象信息中心总工程师李湘

图片来源:国家气象信息中心

微信编辑:王亮

投稿咨询:010-68409419(张老师)


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