江西天氣雷達基數據標準格式傳輸質量評估

魏敏丹 劉海燕 余騰龍

（1、江西省氣象信息中心，江西南昌 330096 2、國網江西省電力有限公司信息通信分公司，江西南昌 330096）

1 概述

新一代天氣雷達是具有高時空分辨率的降水探測設備[1]，探測范圍大、產品豐富[2]，具有優良的多普勒測速能力，探測能力強，不僅能提供降水分布及定量估測，還能提供降水區內風場信息[3]，改善高分辨率數值天氣預報模式的初值場[4]。隨著新一代天氣雷達不斷建設和組網運行，天氣雷達數據產品得到了廣泛應用[5-8]，在臨近天氣預報和雷雨大風天氣、冰雹、颮線、龍卷等監測預警方面發揮了重大作用。江西省現有8 部新一代多普勒天氣雷達站，包括2 部SC 型和6 部SA 型（詳見表1）。江西新一代天氣雷達系統主要用于區域內災害性天氣的監測預警，在江西防災減災工作中發揮著重要作用。

表1 江西省新一代多普勒天氣雷達站

SC 和SA 兩種不同的雷達業務格式不利于我省氣象業務人員和科研人員對雷達數據的高效快捷利用，制約著江西新一代天氣雷達系統的進一步發揮。將雷達基數據格式統一標準化、規范化是氣象事業發展的必然，2016 年開始試驗組網天氣雷達數據流傳輸，2018 年實現了雙軌運行（即在保留原格式數據以文件形式傳輸的同時，開始以流傳輸方式傳輸標準格式數據）[9]。2020 年，中國氣象局提出天氣雷達基數據標準格式單軌運行要求。江西省氣象局于2020 年12 月1 日完成省內天氣雷達基數據標準格式業務切換，全面停止了天氣雷達基數據原格式數據文件的傳輸和服務。論文將對比分析江西8 部雷達站基數據原格式數據文件傳輸與標準格式流傳輸的傳輸質量。

2 天氣雷達基數據標準格式單軌運行

氣象數據格式不標準、不統一直接影響數據交換共享，推進氣象數據格式標準化工作，是氣象事業深化發展的關鍵。2015 年，中國氣象局啟動氣象數據格式標準化工作，根據《氣象數據格式標準化工作實施方案》，2020 年基本實現我國氣象數據格式的標準化。

新一代天氣雷達觀測時采集并加工處理的存檔數據即為基數據，包括雷達站信息、速度譜寬、回波強度、仰角、徑向速度、數據分辨率、時間等。標準格式的基數據可分為多個區塊，包括公共數據塊和徑向數據塊，每個區塊描述一組信息。公共數據塊用于提供公共信息，如任務配置、站點信息等；徑向數據塊包括徑向頭、徑向數據頭和徑向數據等3 個子塊，用于存儲天氣雷達的探測資料[10-11]。用于天氣雷達基數據標準格式單軌運行前，江西天氣雷達基數據主要是以原格式數據文件形式傳輸和服務。2020 年11 月，江西省氣象局制定了覆蓋臺站-省級-國家級的雷達基數據標準格式傳輸、存儲、應用和服務業務流程，安裝了雷達基數據格式轉換工具，完成了雷達站軟件的更新和測試工作，建立了業務切換與應急回退操作機制，確認了天氣雷達基數據標準格式流傳輸、存儲、服務、補傳配置和監視配置，具備了業務系統與標準格式數據的對接條件。12 月1 日，江西全面停止省內所有天氣雷達基數據原格式數據文件的傳輸、服務，推送標準格式數據給行業、部隊等用戶及各業務應用平臺，完成了天氣雷達基數據標準格式業務切換，實現了基數據標準格式單軌運行。

江西天氣雷達基數據標準格式單軌運行業務切換，統一了全省天氣雷達基數據格式，規范了要素、命名方式、參數范圍等信息，傳輸方式由雷達體掃一圈后以文件形式傳輸變換為每掃描一個徑向即以流形式傳輸。

3 傳輸質量分析

中國氣象局在每年的汛期（6 月至9 月）對江西省的8 部新一代天氣雷達基數據進行24 小時（雷達設備大修期間除外）考核，非汛期（10 月至次年5 月）僅考核10：00 至14：00（北京時），傳輸及時率（及時收集站次占應收站次的百分比）要求達到90%。此外，江西省氣象局對省內各地市雷達站也有業務考核要求，考核及時率為98%。由于非汛期時期，考核時次較少，本文不作統計分析。下面分別統計江西8 部雷達站在天氣雷達基數據標準格式單軌運行前（2020 年汛期）及單軌運行后（2021 年汛期）的基數據傳輸及時率，并作對比分析。

3.1 雷達基數據原格式文件傳輸及時率

表2 統計了2020 年6 月至2020 年9 月期間，江西8 部雷達站單站基數據原格式文件傳輸及時率及全省及時率。

表2 中統計的數據顯示江西全省及所有雷達站單站傳輸及時率均達到了中國氣象局的考核標準（90%）。

表2 2020 年汛期雷達基數據原格式文件傳輸及時率

3.2 雷達基數據標準格式流傳輸及時率

表3 統計了2021 年6 月至2021 年8 月（截止至文章撰寫月份）期間，江西8 部雷達站單站基數據標準格式流傳輸及時率及全省及時率。

表3 2021 年汛期雷達基數據標準格式流傳輸及時率

表3 中統計的數據顯示，在天氣雷達基數據標準格式單軌運行后，江西全省及所有雷達站單站傳輸及時率同樣能達到中國氣象局的考核標準。

3.3 傳輸質量對比分析

圖1 將單軌運行前后兩個汛期的天氣雷達基數據的傳輸及時率進行對比。從圖中易得出，標準格式單軌業務運行前，江西有2 部雷達站（Z9796、Z9798）的基數據傳輸及時率低于98%，未達到江西省氣象局的考核要求；標準格式業務運行后，江西8部雷達站的基數據傳輸及時率均達到了省局的考核要求，且全省總的傳輸及時率（99.11%）高于單軌運行切換前（99.02%）。單站傳輸及時率最高提升了1.26 個百分點（Z9798），雖然有5 部雷達站（Z9791、Z9792、Z9794、Z9795、Z9797）的單站及時率略有降低，但實際上這5 部雷達站的傳輸及時率都在99%左右，遠高于省局和國家局的考核標準。此外，從圖1 中可以看出，單軌傳輸業務實行后，江西8 部雷達站的單站傳輸及時率更加平均，最高及時率為99.85%，最低及時率為98.22%。

圖1 傳輸及時率對比分析

圖2 為江西8 部雷達站在2020 年汛期每月的基數據傳輸及時率，圖3 為2021 年汛期每月的基數據傳輸及時率。對比兩張圖可以看出，標準格式單軌業務運行前，有4 個月次單站傳輸及時率未達到江西省氣象局的考核要求（98%），且這4 個月次及時率都低于97%；標準格式業務運行后，僅有1 個月次單站傳輸及時率未達到江西省氣象局的考核要求，且這1 個月次及時率高于97%。

圖2 2020 年汛期每月及時率

圖3 2021 年汛期每月及時率

綜合上述，天氣雷達基數據標準格式流傳輸業務運行穩定可靠，統計得到的傳輸及時率證明其確實能夠提高江西省雷達基數據的傳輸質量，進一步保證了雷達數據傳輸完整性、時效性。

4 結論

文章以汛期、每月這兩個時間維度分別分析了天氣雷達基數據原格式數據文件傳輸和標準格式數據流傳輸的傳輸及時率。此次江西省天氣雷達基數據標準格式單軌運行業務切換，將全省兩種型號的天氣雷達站基數據格式進行統一，在數據格式標準化、規范化的同時，確保了傳輸質量。流傳輸方式比文件傳輸方式大約縮短了100 秒，天氣雷達產品應用時效得到了有效提升，保障了全省災害性天氣預報及監測預警等氣象服務，為江西省防災減災工作提供了有力支撐。