新一代多普勒天氣雷達實時資料共享系統的設計與實現

摘 要：新一代多普勒天氣雷達實時資料共享系統由實時資料接收系統、實時資料上傳系統、天氣雷達資料共享服務器以及雷達資料實時顯示系統，加強系統分析和設計、流程、軟件功能模塊開發可更好地發揮天氣雷達業務作用。

關鍵詞：多普勒天氣雷達；共享系統；設計；開發

引言

新一代多普勒天氣雷達是世界上最先進的天氣雷達之一，有效探測半徑150km，可實現對暴雨、冰雹、龍卷風等強對流天氣的實時監測，對大范圍降水的定量測量，對風場信息的連續探測，及災害性天氣的自動識別和追蹤。處于中緯度季風環流區域中部的湖北省隨州市地形地貌比較復雜，在長江和淮河流域交匯處，屬北亞熱帶季風氣候，由于特殊的地理位置和獨特的地形特征，隨州市暴雨、冰雹、雷雨大風、干旱等災害性天氣頻繁且交替發生，局地防洪和大范圍人工增雨、消雹任務繁重，而且途經隨州的所有與冷空氣活動有關的災害性天氣也給江漢平原、武漢市和鄂東等廣大工業、農業重要地區造成嚴重影響，因此，做好防災減災工作至關重要。按照中國氣象局規劃，隨州被列為新一代天氣雷達監測網其中一個布點，并于2009年7月15日建成后正式啟動運行新一代天氣雷達系統。文章就新一代多普勒天氣雷達實時資料共享系統的設計與實現進行分析探討，以更好地發揮天氣雷達在氣象中的作用。

1 新一代天氣雷達系統特點及功能

氣象雷達主要用于警戒和預報中、小尺度天氣系統，是主動式微波大氣遙感設備。主要由定向天線、天線控制器、發射接收機、照相裝置和顯示器、計算機和圖像傳輸等部分，組成常規的雷達裝置。氣象雷達通常使用1～1000cm的無線電波。雷達的主要功能由這些劃分不同的波段來來示。K波段波長0.75～2.4cm，X波段波長2.4～3.75cm，C波段波長3.75～7.5cm，S波段7.5～15cm，L波段15～30cm。雷達的超高頻和甚高頻波段波長分別為10～100cm和100～1000cm。探測大氣目標的性能和這些雷達的工作波長密切相關，每個波段適用于一定的天氣狀態。比如，K波段探測到不產生降水的云，X、C和S波段探測降水，S波段可以探測到暴雨和冰雹，流層-平流層-中層的情空流場通過高靈敏度的超高頻和甚高頻雷達探測。氣象雷達的定向天線通過向天空發射脈沖無線電波，這個過程中，發射波被大氣中的凝結物如云、霧和降水等因子散射和吸收。非球形粒子使圓極化波散射退極化作用，閃電放電形成的電離介質和入射波由于無線電波的空天氣折射率不均勻而散射，穩定層結大氣對入射波部分反射，以及散射體內散射時對入射波產生的多普勒效應等等。

與常規雷電相比，新一代多普勒天氣雷達監測災害性天氣的能力有了顯著性的提高，并實現了實時資料共享，充分發揮了多普勒天氣雷達的強大功能。其中實時天氣雷達資料共享系統的功能有以下幾點：

（1）海量用戶的訪問離不開強大的系統資料文件服務器的建立；

（2）天氣雷達觀測資料及時有效的上傳乃至實現資料的共享，是由于資料實時上傳系統的作用；

（3）全省臺站雷達資料的實時接收，依賴于共享資料接收程序；

（4）天氣雷達所產生的豐富的資料，由應用原始產品數據圖形反演系統使其發揮充分的作用和利用價值；

（5）天氣雷達數據通過資料服務器歸檔存儲，以保證歷史資料的完整以及此后的研究應用。

2 天氣雷達實時資料共享系統設計

2.1 天氣雷達資料共享服務器

根據天氣雷達觀測天氣系統的特點，新一代天氣雷達資料數據傳輸實時性強，資料數據量大，必須采用功能強大的企業級服務器作為共享服務器，并且在服務器上建立FTP服務站，保存近6h的雷達資料作為共享，這樣才能確保系統運行的穩定、高效。同時，共享服務器中還要建立各個雷達站的數據上傳用戶，提供讀寫權限給指定的上傳目錄。FTP服務器通過SDH的專線，收集各監測雷達站的資料，利用各上傳用戶建立的可讀取目錄資料，以實現各市縣臺站的共熟調取雷達資料。并且，在共享的服務器上，雷達產品數據歸檔整理程序的運行，可依次對雷達站上傳資料作歸檔處理，程序每隔6分鐘執行一次，實現對當前雷達產生的6h內的資料，以及相應的過期資料作歸檔的處理，這些都能用作以后的應用研究來使用。

2.2 實時資料上傳系統

雷達觀測站探測產生的資料，由天氣雷達上傳系統實時傳輸至共享服務器。實時資料上傳系統利用ODBC數據和Delphi語言相結合的程序，及時有效地上傳通過FTP控件完成的數據。通常雷達所產生的資料都是比較規范的，因此，雷達資料處理控制表可根據這個特點設計（表1），經控制表完成實時資料上傳系統每6分鐘的資料上傳。設計時，一是要將控制表初始化，即檢查系統錯誤報告記錄，對不存在的記錄、文件新生成的空的記錄文件；讀控制表中各種資料初始時間的資料，對比比當前時間提前1個小時的資料，在資料控制表中寫入不超過最新資料1小時前的資料，時間以1小時前時間作為最新資料時間；修改包含有本地資料路徑、用戶名、口令、服務器路徑、FTP服務器地址等網絡參數的控制文件中各種資料路徑參數。二是設置好各種資料上傳路徑。總流程設計采用以40種資料列表為主線的系統處理，資料上傳需開發出具有功能的函數。

2.3 資料實時接收系統

由各級臺站安裝的實時資料接收系統，來解決各個臺站在資料共享服務器中按照設置要求而自動搜索到的雷達產品資料，最新的實時資料需要下載到本地服務器相對應的目錄下面。每個臺站可根據本站的習慣以及要求來制定資料控制表文件，以達到減輕共享服務器出現峰值壓力。系統在設計時采用模塊化思想，將系統分成三部分，一是用戶接口，包括資料接收種類、資料強制接收、系統運行狀態等監控的設置以及人機操作界面；二是資料接收，這是實時資料接收系統功能核心；三是通信控制，包括共享服務器的IP地址，遠程資料的存儲路徑，用戶名、口令及通信測試等信息。

2.4 實時雷達資料顯示系統

用于獲取、存儲和顯示實時雷達資料，并將雷達資料以預報員所需的形式顯示在圖形監視器上，方便預報員對大氣變化信息進行監測、分析。雷達實時顯示系統操作界面包括視窗、菜單、工具欄和狀態欄四個區域，實現產品需求并作相應處理顯示，同時還可檢測產品數據默認的保存目錄是否存在最新產品。

參考文獻

[1]劉淑媛，孫健，等.多普勒雷達數據處理顯示系統[J].氣象，2004（7）.

[2]袁正國，劉曉鋼，俞炳.新一代多普勒雷達實時資料共享系統的設計與實現[J].計算機與現代化，2006（11）.

作者簡介：陳澄（1989，4-），男，漢族，湖北省京山縣人，本科，助理工程師，從事新一代天氣雷達保障和區域站保障工作。