将风云变幻用观测数据记录下来，再通过复杂的运算得出预报，最终转化为丰富多样的服务产品，气象业务链条从头到尾，都高度依赖数据与信息的顺畅流转。建立一个集约、稳定而高效的信息系统，一直以来都是气象工作者的理想。

跨入新时代，随着信息技术的快速发展，以及气象业务对拥有集约高效系统的愿望越来越强烈，“天擎”因势而生，肩负起夯实“云+端”业务技术体制基座的重任。

2017年12月，是“天擎”建设的起点。

12月11日，《气象大数据行动计划（2017-2020年）》发布，提出统一设计建设开放互联的气象大数据云平台。12月26日，《气象信息化发展规划（2018-2022年）》印发，明确建设“专有云+公共云”模式的气象大数据云平台。

国家气象信息中心系统工程室副主任何文春参与了“天擎”建设全过程。他认为，从起步阶段开始，“天擎”的定位就非常明确，“集约”是其中最明显的特征。这个新生的平台，将汇聚、共享、开放与应用气象数据资源，推进气象应用融入其中，建成智慧气象生态体系，支撑气象数据资源开放共享和跨领域融合应用，提升气象信息系统集约化水平和应用协同能力。

彼时，全国综合气象信息共享平台（CIMISS）刚刚解决国省应用统一数据源的问题，但各业务单位、业务系统间的“信息孤岛”“应用烟囱”问题仍未解决，资源浪费现象突出。如何在数据集约的基础上，实现“数算一体”更高层次的集约？“天擎”的设计需要慎重考量。

从国家级到省级，气象业务系统十分庞杂。要将各不相同的系统顺利融为一体，必须有的放矢，以需求为引导。2018年1月，国家气象信息中心联合各国家级业务单位和部分省级气象局，组建34人的设计团队，开始设计气象大数据云平台。设计初稿完成后，又全面征集反馈情况，吸纳改进建议82条，最终历时9个月时间，完成《气象大数据云平台设计方案》。“天擎”的建设工作，正式启动。

数十年来，各级气象部门根据各自需求，建设了数据规范、系统架构、编程语言等各不相同的数百个业务系统。要构建一个兼容并包的平台，实属不易。

与互联网“大厂”建设云平台不同的是，气象大数据云平台建设面临着堪称严苛的算法兼容问题。以数值预报为例，我国的模式研发起步于20世纪80年代，许多核心算法仍采用诞生于1957年的Fortran语言或1972年发行的C语言。要想从底层重构这些算法，既不现实也无必要，因此就需要增强兼容性，让来自“旧时代”的程序顺畅地运行起来。

相比个别算法的兼容，业务系统的整体融入则是一项更为系统的工程。何文春介绍，过去气象业务系统各自“立烟囱”的现象之所以广泛存在，最大的原因就是各个系统有不同的需求，靠单一的模式无法完全满足。作为首个融入“天擎”运行的业务系统，气候监测预测分析系统（CIPAS）就有这样的独特需求。

进行气候监测预测分析，需要很多带地理信息标记的气象数据。按照“天擎”当时设计的五种存储技术，处理这种数据需要在提取气象数据和地理信息后，再将二者进行叠加。对于CIPAS而言，这样的模式会导致业务运行效率降低。因此，技术团队与业务人员充分沟通，为“天擎”增加了存储自带地理信息和气象数据的空间分析库。这样一来，CIPAS的业务需求得到了满足，而“天擎”的支撑能力也得到进一步提升。

以“云原生”姿态诞生在“天擎”上的西北人工影响天气作业指挥系统，面临的则是完全不同的挑战。由于后续新业务系统都将采用“云原生”模式，因此直接在云上开发的这一系统，需要为后来者“打样”。经过统一开发后，西北人工影响天气作业指挥系统“标准化”权威尽显，在内蒙古、甘肃、陕西、青海、宁夏、新疆完成规范化部署仅用了不到三周时间。

需求与研发相互促进。以这样的模式，“天擎”于2019年7月发布了国家级1.0版本，具备海量数据存储、全业务贯通、数据高效应用等能力。接下来，这个平台还需铺向全国。

在省级气象部门部署“天擎”并不是一项容易的工作。一方面，“天擎”构建于全新的大数据、云计算技术，技术门槛高；另一方面，“天擎”作为新业务技术体制的基座，规模庞大。CIMISS建成以来，省级技术力量得到增强，但对“天擎”的部署而言，仍有不足。

面对这样的形势，技术团队采取开放合作的方式，大力引进省级技术人员开发建设，先后有50名来自省级气象部门的技术人员参与。他们带着需求来，带着技术回，成为“天擎”在省级顺利部署的骨干力量。2019年12月，31个省级气象部门完成部署。

国省之间紧密合作，国家级业务单位之间同样充分联动，有7人先后带着需求参与建设。在国家气象信息中心内部，负责开发建设的系统工程室与负责用户服务的资料服务室、负责运行维护的运行监控室配合更亲密无间。

在“天擎”一步步成型的过程中，人才也在不断成长。自投入“天擎”建设以来，团队中有2人被聘为专业技术二级岗，3人晋升正高职称；5人入选中国气象局高层次人才，包括1名气象领军人才、1名首席气象专家、2名青年气象英才、1名西部和东北优秀气象人才；4人被聘为中国气象局重点工程副总指挥或副总师，10人被聘为一级系统总师或副总师；8人入选国家气象信息中心或省局高层次人才。

今年12月15日，“天擎”经过近一年的试运行后，正式业务运行，但“天擎”的建设工作，却还远远没有结束。多数国家级、省级业务系统尚待融入，人工智能等先进技术在大数据云平台上的应用有待攻关。未来，在建设过程中培养出的技术团队，将成为“天擎”进一步拔节生长最重要的原动力。

12月15日8时，气象大数据云平台“天擎”正式业务化运行，面向全国提供“数算一体”平台化服务。由于“天擎”在试运行中表现出色，这次切换因在情理之中而显得“悄无声息”，但隐藏在平静的表面下的，则是“天擎”为气象业务带来的全方位、全链条升级。

以预报精准为龙头，带动监测精密和服务精细发展。要实现这样的发展模式，“天擎”是必不可少的基础。

各类业务系统融入“天擎”，并不仅仅意味着其在此运行和获取数据，在业务运行中产生的数据和产品，同样可以通过“天擎”进行规范化分享。这样一来，各类观测、预报、服务业务系统之间的距离就被前所未有地拉近，预报业务系统可以更高效地获取各类观测数据，服务系统可以更好地利用预报结论，各个系统之间共享数据、协同合作得以无缝衔接。

“天擎”提供了完整的数据资源。截至12月15日，“天擎”已经全面整合CIMISS原有数据、历史归档数据、各类数据集及汇交数据，大幅增加国内外资料时间序列长度；数据资料达611种，记录数达2214.9亿条，每日新增2.96亿条；全球地面、高空、海洋百年序列最早延伸至1901年，全球飞机报序列由4年延长至43年，雷达基数据序列由2年延长到13年。相比CIMISS，气象大数据云平台的数据完整性、数据质量均有不同幅度提升，资料元数据信息更完整、质量更高。

“天擎”提供了实时历史一体化的高效数据服务。应用系统建设者或开发者，无需从各种来源寻找数据，建立收集渠道、数据清洗、解析存储，只需申请数据使用账户，选择应用需要的数据，即可高效访问。

“天擎”通过升级完善的数据存储技术，进一步降低了业务运行的时间成本。基于消息中间件、数据流、文件传输、卫星广播以及网络爬虫技术，“天擎”建立了多协议支撑的数据交换体系，能够主动发现、自动收集各类数据，收集的同时即可处理。

针对气象业务特点，“天擎”构建了分布式存储体系，面向应用对数据进行再组织。面向天气预报等对实时性要求高的数据，采用分布式表格系统，访问时效达毫秒级；面向气候等长序列分析应用，采用分布式分析型数据库，分析时效达到秒级。此外，针对中间结果、实验数据等自用数据，支持个性化存储，存储空间一次分配、自由使用。

“天擎”提供了丰富的算法和算力资源，可有效降低应用开发成本，缩短上线周期。作为应用系统建设者或开发者，无需进行硬件资源的采购、安装、部署和维护，只需提交应用融入方案，申请算法运行依赖的算力资源。同时，也无需对应用需要的所有算法进行开发，通过申请使用算法库中共享的算法，实现算法复用，众智共享。

对于应用中产品加工需要的存储资源，通过申请“天擎”应用专题库，不必自建独立数据库，大大降低运维成本，提高数据共享水平，有利于进行多源数据联合分析。业务中产品的加工和生成，不仅需要相应的数据和算力，还需建立任务调度框架。“天擎”提供的加工流水线，实现了多种任务引擎调度，包含时间触发、数据源触发、事件触发等，算法选择相应的调度引擎即可配置任务，应用只需关注算法实现逻辑。

自“天擎”建设以来，各级气象部门业务系统陆续开展融入工作，高效协同效益初步显现。目前，“天擎”7×24小时不间断运行，国家级及31个省级持续运行可靠性超过99.9%，国家级和省级的任务调度成功率均达100%，调度延迟控制在毫秒级。

气候监测预测分析系统（CIPAS）

融入情况：系统架构全面“云化”，系统性能全面提升。

CIPAS融入后系统架构全面“云化”，实现数据、流程、平台和监控全面融入。系统以预报员体验为中心，在数据访问、加工、算法运行、图形可视化与产品生成等方面的性能得到全面提升，数据平均查询时间缩减超过50%，70%以上需要长时间计算、定时生成的产品改为实时交互获取；实现CIPAS3.0全国一级部署、业务试用。

西北区域人工影响天气作业指挥软件系统

融入情况：“云原生”开发，规范化部署便捷高效。

该系统基于“天擎”完成“云原生”模式的研发，并在6个省份完成统一规范化部署。第十四届全国运动会期间，基于“天擎”提供的稳定计算和存储资源支撑，该系统圆满完成保障任务。

集约化网格预报新流程

融入情况：在预报实时订正和预报一致性方面发挥关键作用。

基于“天擎”国省“一张网”，国家气象中心与北京、河北建成从网格预报制作到数据应用全链条的智能网格预报新流程，并基于这一新流程加工制作2022年冬季奥运会赛区及周边城市站点预报。从预报员订正发布，到应用系统获取修订的预报信息，全流程仅需数十秒，在预报实时订正和预报一致性方面发挥关键支撑作用。

综合气象观测业务运行信息化平台（“天元”）

融入情况：数据与算法集约管理，冗余度降低30%。

“天元”是首个完成改造并融入“天擎”的核心业务系统。融入后，数据与服务资源的集约化能力提升50%以上，产品加工时效提升30%以上，支撑了观测业务的信息化高效运转，并为后续项目融入提供参考示范；实现元数据“天擎”统一服务。

区域高分辨率数值预报检验评估系统

融入情况：数据读取效率有效提升，推动算法集约化管理。

该系统完全基于“天擎”开发建设，实现区域数值预报降水的传统检验、空间检验和过程评估，以及近地面要素检验。数据读取效率有效提升，实现模式数据与观测数据的直存直取。基于“天擎”产品加工流水线切实推动算法集约化管理，完成系统软硬件的实时监控。

雷达估测降水系统

融入情况：系统流程优化，时效提升近一倍。

实现雷达基数据从“天擎”读取、算法基于加工流水线调度运行、雷达产品回写“天擎”，以及基于“天镜”的全流程监视。系统融入“天擎”后，流程更优，减少了数据搬运环节，数据源直取、产品直存，产品服务时效提高近一倍。

宁夏智能化综合气象业务服务共享管理平台

融入情况：数据入库时效提升一倍，业务系统查询、统计数据效率提高3~4倍。

数据、算法、系统、监控等同步开展融入工作，核心业务系统实现功能模块重构。依托“天擎”的存储和算力资源，业务系统运行效率得到显著提升，数据入库时效提高了一倍，业务系统查询、统计数据的效率提高了3~4倍。

湖北省气象预报服务业务一体化平台

融入情况：100余种业务服务产品接入，82个算法剥离入“云”。

核心系统全面融入“天擎”，消除自建数据库，100余种业务服务产品接入，82个算法剥离入“云”。融入后业务流程更加规范，数据及时性、算法运行效率和硬件资源利用率均显著提升。