昆明市SWAN平臺的搭建及其與省級SWAN的搭配使用

甄廷忠　張琪　唐學軍　江龍　周稀

摘 要：強天氣短時臨近預報系統（SWAN）的推廣應用是提高氣象業務水平的重要途徑。文章從基礎數據準備、系統服務器平臺搭建、客戶端安裝及本地業務化應用4個方面，簡述了SWAN在昆明市氣象局的搭建過程和應用，通過比較分析指出云南省和昆明市兩級SWAN系統在雷達相關產品、自動站觀測資料上的差異表現：產品及時率、站點密度和部分區域產品準確率不同，指出SWAN系統有待完善之處，建議搭配使用省、地兩級SWAN系統產品，以發揮各自長處、彌補不足，提高短時臨近天氣預報水平。

關鍵詞：SWAN；本地化；省地兩級；搭配使用

中圖分類號：P49 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0040-04

Abstract： The popularization and application of Severe Weather Auto Nowforecasting （SWAN） system is an essential way to improve the meteorological operation level. This paper introduces the building process and application of SWAN in Kunming Meteorological Bureau from four aspects： basic data preparation， system server platform construction， client installation and local business application. Through comparison and analysis， the difference between SWAN systems of Yunnan Province and Kunming City in terms of radar-related products and observation data of automatic stations is figured out： the timely rate of products， the density of stations and the accuracy rate of products in some areas are different， and it is pointed out that the SWAN system needs to be perfected. It is suggested that the products of provincial and municipal SWAN systems should be used together to make full use of their respective strengths and make up for their deficiencies， in order to improve the level of Severe Weather Auto Nowforecasting （SWAN）.

Keywords： SWAN； localization； provincial and municipal systems； collocation

1 概述

強天氣短時臨近預報系統（英文簡稱“SWAN”）是中國氣象局推廣應用的業務系統。昆明市氣象局按照中國氣象局和云南省氣象局的要求，根據自己擁有新一代天氣雷達的自身條件，率先完成可供全市氣象部門使用的地市級SWAN系統平臺的搭建。該系統在滿足基層業務人員便易獲取更多氣象資料的同時，也提高了強天氣短時臨近預報預警的能力。而后，隨著云南省級SWAN系統在全省氣象部門推廣使用，昆明市氣象局業務人員發現，省、市兩級SWAN系統產品各有優缺點，合理搭配使用能相互彌補不足，充分發揮各自的優勢，對改善強天氣短時臨近預報預警能力有重要幫助。本文介紹昆明市SWAN系統平臺的搭建和省、市兩級該系統的搭配使用經驗。

2 昆明市SWAN系統的搭建

2.1 基礎數據準備

SWAN系統運行基礎數據由雷達基數據、雷達產品數據、自動站Z文件、雷電數據等組成。首先需要清楚各種數據所屬管理單位，掌握各種數據的存儲格式、存放路徑、數據轉換方法等[1]，以供SWAN系統服務器端進行調用。

2.1.1 雷達基數據

因SWAN系統平臺所需的雷達基數據為BZ2格式，與國家局下發的RPGCD軟件上傳的數據格式一致。本著充分利用現有資源和減少工作量的原則，利用RPGCD軟件的FTP上傳功能成功獲取BZ2格式的雷達基數據；編程實現了基數據實時刪除程序，保證硬盤存儲空間充足。

2.1.2 雷達產品數據

SWAN系統平臺所需雷達PUP產品為固定樹目錄存儲格式，與敏視達公司開發的PUP軟件數據存儲目錄結構一致。通過建立局域網共享目錄，成功實現雷達PUP產品的獲取。

2.1.3 自動站Z文件

SWAN系統平臺所需自動站數據文件與國家局要求上傳的數據Z文件是相同的。但在實際業務流程中，Z文件生成以后即被上傳至省局信息中心。故在Visual Studio 2010開發平臺的C#開發環境下編程實現自動站數據Z文件分發程序，來覆行分發、獲取、傳輸和存儲Z文件的功能；并編程實現了自動站Z文件的實時刪除功能。

2.1.4 雷電數據

由于全省雷電數據全部存放于省局服務器，且SWAN系統平臺所需數據有固定格式，故利用oracle數據庫編程技術，實現雷電觀測數據查詢、獲取、數據轉換、存儲和刪除功能。

2.1.5 MICAPS相關數據

昆明市氣象局MICAPS相關數據和產品存放于機房服務器，SWAN系統平臺所需的MICAPS相關數據采用局域網共享的方式獲取。

2.2 搭建SWAN系統后臺服務運行平臺

根據SWAN系統平臺后臺服務程序相關要求，用一臺Windows server 2008系統的專用服務器搭建服務器端1.0版本所需運行環境，成功安裝SWAN系統服務器端應用程序。并對資料路徑、雷達參數、模塊閥值、系統參數、線程配置等各種參數進行設置（詳細設置步驟參考SWAN用戶手冊），完成各種數據后臺運行、處理和測試，系統運行情況良好。

SWAN系統平臺自動站站點信息需要配置為固定格式的純文本格式[2]。因昆明地區區域自動氣象站數據量龐大，特編程實現了將區域自動站站點信息自動、批量轉換成SWAN系統平臺所需的自動站站點文件格式。

2.3 SWAN系統客戶端安裝、配置及本地化應用

本文中SWAN系統平臺客戶端為1.6版本（強天氣版），采用全新框架，界面更加友好，集成度更高，智能化和自動化均有提升[3]，更趨向于強天氣短時臨近預報預警，故名“強天氣短時臨近預報系統”。

2.3.1 客戶端安裝

依照SWAN客戶端的技術應用規則，完成SWAN1.6版本客戶端安裝，過程簡單，不再敖述。

2.3.2 客戶端配置

（1）數據路徑配置

省級SWAN客戶端數據路徑設置為“＼＼10.208.6.30＼share＼swan＼LOCAL”，地市級SWAN產品路徑使用各地服務器IP地址替換“10.208.6.30”部分即可。第一次設置時，系統會提示無法連接服務器，需要用戶對服務器進行登錄，并勾選下次自動登錄，保存用戶名和密碼。

（2）報警配置

報警配置包含報警范圍、報警要素和報警時間配置。報警范圍為單選模式，分為不限范圍、圓形范圍和地理區域范圍三種，用戶可以根據實際需求設置相應報警范圍，但建議使用地理區域范圍報警。報警要素為多選模式，分為雷達回波、雷達特征量和自動站三種，用戶可以根據實際需求自主選擇，建議全選。報警時間設置是設置一天中某時間段為靜音模式，用戶根據實際需求自主設置。

（3）閾值設置

閾值設置包括自動站風速和5min、10min、1h、2h、3h、6h、12h、24h雨量閾值設置，如果用戶沒有特殊需求，建議采用默認數值，如果用戶修改閾值數據，要確保閾值大于等于0.1，防止誤報。

2.3.3 本地化應用

（1）地理信息本地化

SWAN客戶端初始地圖顯示為云南省地圖，各州市、各縣區邊界線都是同樣的線條顏色和粗細度，對云南省和昆明市無任何突出顯示。

經過研究，SWAN客戶端采用的地理信息圖層為ARCGIS的shp格式的圖層，圖層層數控制和各個圖層顯示順序在“map_color.ini”配置文件中設置。通過采取以下措施完成地理信息的本地化：a.通過MAPINFO7.0對tab格式的云南省省界線圖元進行修改，使云南省界更改為深色，并通過MAPINFO7.0的通用轉換器轉換為shp格式圖層。b.采取類似上一步的操作，制作tab格式的昆明市界（不包括縣界）地圖層，更改為深色，轉換成shp格式圖層待用。c.將云南省界和昆明市界shp格式地圖層存放于安裝路徑下data文件夾內；在“map_color.ini”配置文件中增加地圖層數，并增加云南省界和昆明市界地圖層為默認顯示圖層。

通過以上處理步驟，成功將SWAN系統的地理信息本地化。本地化完成后的界面如圖1所示。

（2）預警信號和落區預報的本地化

a.落區示意圖本地化：

如圖2所示，設置SWAN客戶端“產品參數配置”，設置標題內容，控制標題、圖例、logo的位置；設置地圖顯示經緯度范圍，就得到如圖3所示的落區示意圖。

b.預警信號和落區預報簽發單位的本地化：

安裝目錄下面有“sortforecast.doc”、“template.doc”和“userinfo.txt”三個文件，分別是落區預報模板、預警信號模板和模板替代部分設置文件。落區預報模板、預警信號模板中簽發單位的代碼均為$unit$，在“userinfo.txt”文件中把$unit$設置為用戶需要的單位即可完成簽發單位的本地化。例如“$unit$=昆明市氣象局”，那么簽發單位將變更為昆明市氣象局。如圖4所示。

2.4 SWAN產品調用方式

根據SWAN系統產品共享要求和市縣兩級網絡實際情況，采用映射網絡驅動器或直接填寫服務器遠程路徑的方法實現市縣兩級SWAN產品共享和調用。在測試過程中，此方法能夠完成產品共享功能，在網絡正常情況下不會出現異常情況。

3 SWAN系統產品介紹和省地兩級系統產品差異

3.1 SWAN系統產品介紹

按照產品的類型，分為實況產品、分析產品、預報產品和檢驗產品?？傮w來說SWAN包括下列產品：

（1）基于雷達基數據的分析產品。包括：多層CAPPI拼圖（三維拼圖）、組合反射率拼圖、回波頂高拼圖、垂直積分含水量拼圖、一小時降水估測、TREC風場反演。

（2）基于雷達基數據的臨近產品。包括：一小時回波外推（6min間隔）、一小時降水預報、基于SCIT的風暴識別和外推、基于TITAN的風暴識別和外推。

（3）基于雷達產品、自動站和常規觀測資料的實況分析和報警產品。包括溫度和高溫報警、雨量和強降水報警、風和大風報警、霧及沙塵和能見度報警、積雪積冰報警、龍卷和冰雹報警、雷達特征量報警、雷達強回波報警、雷電實況。

（4）基于云圖的分析產品：對流云識別產品。

（5）實驗產品：基于雷達基數據的下擊暴流識別、基于雷達基數據的冰雹探測算法。

（6）實驗工具：臺風路徑模擬工具。

（7）檢驗產品：反射率預報、SCIT風暴追蹤、降水預報、降水估測等檢驗產品。

按照SWAN系統所需基礎數據的種類，可分為雷達相關產品、自動站常規觀測資料相關產品、Micaps相關產品和雷電相關產品。

（1）雷達相關產品，包括多層CAPPI拼圖（三維拼圖）、組合反射率拼圖、回波頂高拼圖、垂直積分含水量拼圖、一小時降水估測、TREC風場反演、一小時回波外推（6min間隔）、一小時降水預報、基于SCIT的風暴識別和外推、基于TITAN的風暴識別和外推、雷達特征量報警、雷達強回波報警、基于雷達基數據的下擊暴流識別、基于雷達基數據的冰雹探測算法等。

（2）自動站常規觀測資料相關產——包括溫度和高溫報警、雨量和強降水報警、風和大風報警、霧及沙塵和能見度報警、積雪積冰報警等。

（3）Micaps相關產品，包括對流云識別產品等。

（4）雷電相關產品，包括雷電實況。

3.2 省、地兩級SWAN系統產品的差異

SWAN系統多數雷達相關產品是根據雷達基數據三維空間的分布情況計算出來的，采用PUP產品同樣的色標和分辨率來顯示；在多部雷達重疊探測的區域（如圖5所示），組合反射率拼圖及衍生產品是根據雷達回波垂直方向最強回波投影而來[4]；而地市級SWAN系統只有單站雷達站產品（如圖6所示）。在自動站觀測資料方面，昆明市擁有近700個區域自動站，實時上傳到省局服務器的自動站有400多個。由此造成省、地兩級SWAN系統在雷達相關產品、自動站觀測資料相關產品上的差異。

（1）空間范圍不同。省級SWAN系統擁有7部雷達產品的數據和拼圖以及全省范圍的大量自動站上傳到省局的數據，地市級（昆明）SWAN系統雷達相關產品僅為昆明雷達的探測資料和昆明市范圍的自動站數據。

（2）部分區域產品準確率不同。在雷達產品方面，省級SWAN產品在兩部雷達探測的重疊區域其準確率在理論上應優于地市級SWAN系統相關產品。

（3）產品及時率不同。省級SWAN產品需要各雷達站上傳數據到省局服務器，而地市級直接獲取雷達基數據；省級SWAN產品需要各地州上傳數據到省局服務器，相比地市級直接獲取觀測數據，理論上會花更長時間。

（4）產品完整性和觀測數據空間密度不同。省級SWAN產品需要7部雷達基數據，實際使用中會偶有某個雷達缺數據的情況。同時，省級SWAN產品擁有的昆明市自動站產品的站數較少。

4 SWAN系統應用經驗和體會

SWAN系統產品非常豐富，算法模塊比較多，部分產品是以前沒有或者很少能夠得到的，而且用處也比較大。比如，CotrecWind產品能反演出雷達強回波區風場信息，TITAN產品能做出30min和60min的質心輪廓追蹤預報[5]，STM產品能提供質心追蹤，CAPPI三維拼圖能夠提供不同高度雷達回波情況，等等。盡管如此，SWAN系統還有進一步完善和深化本地業務化使用的空間。

（1）省級SWAN系統產品在理論上擁有更高的準確性，在多部雷達探測區域重疊的區域（如大理北部、麗江南部、楚雄中部），建議以使用省級SWAN系統產品為主。在沒有多部雷達產品重疊區域，因地市級SWAN系統在自動站觀測數量和產品數據及時率兩方面都有優勢，建議以使用地市級SWAN系統為主。合理拾配使用省、地兩級SWAN系統，有助于提高強天氣短時臨近預報預警能力。

（2）SWAN系統雷達相關產品（基本反射率、組合反射率拼圖等）采用PUP產品格式，雖然產品很全、種類多，但產品的最高分辨率只有1km；云南省7部雷達的業務探測半徑是150km，距離庫長為300m，其產品分辨率還有提高的空間。

（3）SWAN系統雷達相關產品顯示色標采用PUP產品色標，昆明市更習慣使用2001年1月中國氣象局重點工程項目辦公室印發的《新一代天氣雷達基本數據格式和顯示要求》中規定的色標。SWAN系統客戶端提供有色標文件，但本地化此色標文件很復雜，還可以通過優化系統提供更簡單的接口。

（4）SWAN系統客戶端（1.6版本）的地理信息不夠細化。在本地化過程中，發現地理信息中的“線圖元”圖層（如行政區邊界）可以根據需求顯示，但是，“點圖元”圖層（如行政區駐地）卻無法按要求添加，造成縣（區）氣象局的預警發布中地理信息不夠明確。

參考文獻：

[1]蔡輝，高嵩，沃偉峰，等.基于MICAPS3框架的SWAN客戶端平臺設計與開發[A].第27屆中國氣象學會年會雷達技術開發與應用分會場論文集[C].北京：中國氣象學會，2010.

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[3]史柯.基于Swan的山洪預警平臺的研究與實現[D].成都：成都理工大學，2013.

[4]吳濤，萬玉發，沃偉鋒，等.SWAN系統中雷達反射率因子質量控制算法及其應用[J].氣象科技，2015（5）：809-817.

[5]趙棟，郭煜，壽紹文，等.SWAN系統在一次暴雨天氣過程分析中的應用[J].氣象科技，2013（2）：326-333.