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通达天下,信传千里!看气象通信技术的革新之路——

气象事业的“躯体”健康

离不开作为“血液”的信息

一刻不停收集、分发、交换着信息的气象通信系统

犹如遍布四肢百骸的血管

只有保持血管畅通

才能让血液顺畅流动

多年以来,从摩尔斯电码到电传与传真

再到宽带网络结合卫星通信

气象通信技术一再革新

持续为气象事业注入活力。


从电码响起到网络落地

气象通信一直在加速


“嘀-嘀嘀嘀-嘀……”摩尔斯电码的声音,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摩尔斯电码来完成,资料分发也依靠无线电摩尔斯广播。


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”。而摩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


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,我国气象通信从纯手工操作开始向机械化转变。随后的几年内,国内气象干线电传网初步建成,气象移频电传广播投入使用,全国常规观测资料的收集情况大为改善,基层台站也用上了电传通信。依赖摩尔斯电码气象广播和手抄广播的历史,从此结束。同一时期,我国还开辟了多条国际有线电传电路,开启了与周边国家的气象资料交换。


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1956年10月,北京至沈阳专用电传电路开通,图为电传报房。


电传方式的稳定性虽有所提高,但需要制作穿孔纸带的操作方式却不够简便。因此,传真技术开始在气象通信领域推广。1974年10月,北京气象传真广播开播,每天有8个频率日夜进行天气图广播。到20世纪80年代中期,气象传真已普及到全国各级气象部门,基层气象台站可直接接收中央气象台播发的各种传真天气图和指导产品,获得实时气象资料的能力大大增强。


伴随改革开放的脚步,气象预报和服务等业务得到快速发展。虽然经过一再进化,但传统方式已无法满足气象通信的需求。寻求更先进通信技术的气象工作者,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正式投入业务运行。借助这项工程引入的计算机,首次实现了气象信息收集、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。以计算机、广域网和局域网为基础的自动化通信网络迅速普及到全国各地,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


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早期计算机气象通信系统机房


气象信息“入网”带来的变化是显而易见的,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,真正建设成任由信息往来驰骋的“高速公路”。


“9210”来了

通信革新带来预报革命


在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、地市级至县级,各级各地的硬件、软件都是分别建设的,数据如何传输、系统如何配置要靠“自己想办法”来解决。


当时,各级上行数据主要通过地面网络传输,下行则通过无线广播。由于通信环境受限,国家级在下发数据的时候,无法确认各级是否完整收到,在天气恶劣的时候,下行数据丢失的可能性也会上升。此外,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。


为解决这些问题,打造更通畅的气象信息高速公路,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”。在规划设计中,这项工程由卫星通信与地面网络相结合,涉及卫星、计算机、网络、数据库、图形图像处理等多个领域


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气象卫星综合应用业务系统信息网示意图


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


这项工程建成了卫星广域网、话音网、数据广播网、接收网、计算机局域网、CHINAPAC地面迂回备份网和气象信息综合分析处理系统;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。


这是一张经过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。气象通信能力得到明显增强——


  • 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—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。随着气象通信广域网、省级和地市级局域网的建成,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了预报服务现代化水平。由此,气象通信的革新,也直接推动了气象预报服务领域前所未有的一场革命。


升级与变革

支撑气象事业拥抱未来


进入21世纪,随着气象数据规模的不断增加,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,由于地面通信网络带宽迅速提高,经过不断调整,它承担了越来越多的“职责”。如今,地面宽带网络与卫星通信相结合、公网和专网相结合,高速、可靠的综合通信传输网络系统,承担起气象信息流动的“重任”。


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气象通信中心示意图


这张通信大网,犹如一条支流众多的大河;散布于全国各地的观测设备就像潺潺溪水,最终汇入其中。它支撑着气象业务的开展、新锐技术的研发、气象数据的跨部门乃至国际共享……


卫星通信也在不断进步,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,成为世界气象组织三大卫星广播网之一,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,还惠及多个亚太国家和地区,国内外用户总计2600多个。


与时俱进,始终是气象通信的主旋律。12月15日,气象大数据云平台“天擎”正式业务化运行,支撑数算一体、“云+端”的气象业务新业态,一步步走向现实。云服务能力对信息通畅的高需求,无疑为气象通信带来了新挑战。新一轮的气象通信技术升级,已经走在路上。


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,气象通信系统始终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。


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