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气象业务自动化
气象业务自动化
第一章绪论
一、气象业务
1.概念:
指在气象和与之相关的领域中,从信息的采集、数据的传输存储和加工处理到应用服务的全过程
2.具体内容:
1)气象综合观测业务(地基、空基和天基)
2)气象信息网络业务(通信网络、数据存储管理和共享等)
3)气象信息加工业务(天气/气候/农业/专业气象预报、预测和评价)
4)公益气象信息服务(决策、公众及专业专项服务等)
二、我国气象业务体系改革进程
1.50~60年代初始阶段
学习苏联全国四级气象业务体制
2.80年代开始现代化阶段
建立区域中心,形成全国五级业务体制
3.90年代加快现代化阶段
《气象事业发展纲要》(1991~2020,30年)9210工程,MICAPS
4.21世纪建设现代气象业务体系
三、我国天气业务体制
⏹国家级(气象中心、卫星中心、气候中心、气象信息中心、大气探测中心,…)
⏹区域气象中心(北京、沈阳、上海、武汉、广州、成都、兰州、乌鲁木齐)
⏹省(区、市)气象台(精细化的气象要素预报)
⏹地(市、州、盟)气象台
⏹县(市、区、旗)气象站
四、预报时效
临近(0~3h)、短时(3~12h)、短期(12~72h)、中期(4~10天)、延伸期(10~30天)
五、我国气象业务现状
1.建立了比较完整的数值天气预报业务体系
2.建立了以数值天气预报为基础、人机交互信息加工处理系统为平台、综合应用多种预报技术方法的天气预报业务技术体系
六、数值模式的分类
全球——区域——精细
七、预报员参考信息的四个来源
1.数值预报产品
2.大量的原始观测资料
3.本地预报产品和方法(统计、动力和天气)
4.上级指导预报
八、9210工程
气象卫星综合应用业务系统(1992年10月批准),卫星通信和地面通信相结合的气象信息网络系统——气象信息的网络化传输和共享
九、MICAPS
MeteorologicalInformationComprehensiveAnalysisandProcessingSystem的缩写,即气象信息综合分析处理系统。
MICAPS与“9210”工程通讯、数据库系统配套,是“9210”工程下的一个子系统——天气预报人机交互处理系统。
⏹主要功能:
通过检索,显示气象数据图像,对图形进行编辑和输出(还有收集预报业务管理数据等外围功能),为预报人员提供一个中期、短期、短时天气预报业务的工作平台
⏹MICAPS的发展
✓V1.0:
1995发布,支持19类数据格式
✓V2.0:
2004.1投入业务运行:
支持25类数据格式(扩展了站点填图数据(3)、等值线(4)、图像数据(13)和气象图元数据(14);增加了表格、折线图、直方图、邮票图、饼图和玫瑰图的数据
✓V3.0:
2007.8试用版(非常规气象资料的平台显示、系统自动报警)
⏹MICAPSV2.0基本系统框架
✓核心软件(二维图形):
图形显示、操作、编辑
✓中短期组件:
探空图、三线图、剖面图等
✓一维图形软件:
折线、直方图、饼图和玫瑰图
✓三维图形软件:
三维空间等值面图
一十、现代天气预报业务的标志
1.更多的观(探)测信息的实时应用
2.数值预报的基础作用更加突出
3.基于大气动力学基础的多种预报技术方法综合应用
4.信息技术提供了有利的支撑
一十一、气象业务中存在的问题
1.模式的预报时效与精细程度与世界先进模式相比还有很大差距
2.气象探测、资料同化系统与国外先进水平相差甚远
3.数值分析预报产品的解释应用水平不高
4.专业数值预报(海洋、水文、能源等)模式以国外引进为主,发展缓慢
5.业务体制、布局、结构方面的不合理
一十二、我国气象灾害种类多、范围广、强度大、灾情重
第二章MICAPS系统安装、数据检索、图形显示
一、MICAPSV2.0系统的主要内容
两个子目录和一个联机帮助文档
1.\groupcontrols\存放已在windows系统中注册的“中短期组件”
2.\micaps20\系统的核心工作目录,存放有:
核心程序和各种配置参数文件;
调色板子目录\colormap,综合图子目录\combine
组件模板子目录\group,三维显示子目录\micaps3d
全国主要河流分布\river,地形图形子目录\topography
3.Help.html/micaps.chm帮助文档
二、数据接口
⏹数据接口的整个处理过程由定时控制程序mtimer.exe来控制,它的主要功能是定时启动相应的程序
⏹数据传输程序transdat.exe是数据接口的主要程序,负责定时从服务器调入数据
三、MICAPS的启动
分为不带参数启动和带参数启动
1.不带参数启动
1)双击图标
2)DOS下操作
2.带参数启动
1)DOS下操作
MICAPS20<初始化文件名><综合图文件名><图像格式指示码><图像文件名>
a)初始化文件
diamond19
116.040.08.0
LAMBERTM.DAT8323071
001024768
C:
\MICAPS\micaps20\combine
10.010.0
110
文件头diamond19
底图中心经度 底图中心纬度(均为浮点数) 放大倍数(整数)
地图数据文件名(字符串)填图要素初始设置(16进制数)
窗口的最小X 最小Y 最大X 最大Y(均为整数)
缺省综合图目录(字符串)
画经线的间隔 画纬线的间隔(均为整数)
<标志1> <标志2>
b)指示码与图象格式的关系为:
1-BMP、2-JPEG、3-GIF、4-Windows的Meta-File(元文件)、5-MICAPS图元文件
2)批处理文件
3)四分屏显示
micaps20p4.ini
p4.ini:
4
4
p41.dat
p42.dat
p43.dat
p44.dat
分屏数(1或4)
初始化文件数
初始化文件1(用于第0页)
初始化文件2(用于第1页)
初始化文件3(用于第2页)
初始化文件4(用于第3页)
四、MICAPS窗口
1.菜单(文件、显示、底图、区域、编辑、选项、窗口、分析等)
熟悉各项子系统
2.控制工具条(工具条:
常用、调色板、等值线、线条、格点、天气符号、窗口管理;控件:
参数检索、辅助图、分析)
3.工具条
熟悉各小项
1)窗口管理工具条和主窗口控制
用户当前进行二维图形操作的页被称为活动页。
MICAPS刚启动时,活动页自动设置为第0页。
当选择4页并列显示的图标时,4个页将被同时显示在窗口的4个角上。
其中,活动页由绿色框围绕。
2)窗口初始状态设置
a)工具条风格的设置
MICAPS系统的工具条可以有两种风格:
浮动矩阵风格和WORD风格;
重启后生效
b)初始值设置
v标准经度:
窗口中上下正好垂直的经线的经度值
v中心经纬度:
指窗口中心点的经度与纬度
v放大倍数:
第一次进入该显示页时,底图的放大倍数。
它和中心经纬度一起,确定了第一次进入该页时底图显示的地理位置和范围
v剪切范围:
当不需要显示全部地图时,可以设置剪切范围,剪切范围包括三个参数确定剪切范围。
Ø东西范围参数是“最大经度与标准经度之差”,表示以标准经度为中心,向东、西扩展的经度范围。
取180度即表示取整个经度范围
Ø南北范围参数:
最小纬度和最大纬度则表示剪切的纬度范围,取-90到90,表示取整个纬度范围。
若取0-90表示取北半球范围,而取-90到0则表示取南半球范围。
v无需重启
v通过初始值设置窗口设置的参数分别被写入两个初始配置文件:
有关剪切参数保存在“显示页底图剪切配置”文件中,如clip_0.cfg;其余参数保存到“显示页初始化配置”文件中,如micaps20_0.cfg
第三章数据检索
一、MICAPS系统的本地数据库结构
v建立在文件系统的基础之上
vMICAPS系统所显示的数据通常以文件形式存放。
各级目录及子目录名称依次标识数据的种类(来源)、要素和层次;文件名则标识着时间和预报时效
v数据文件的文件名由时次和时效组成,格式如下:
YYMMDDHH.TTTe.g.05122820.000
其中:
YY为年,MM为月,DD为日期,HH为时次,TTT为时效
v在MICAPS中有四种数据检索方式,即文件名检索、参数检索、综合图检索和翻页检索
二、MICAPS数据格式
1.MICAPS各数据种类子目录(第一层次)
⏹地面:
surface
⏹高空:
high
⏹欧洲数值预报:
ecmwf
⏹日本数值预报:
japan
⏹美国数值预报:
kwbc
⏹中国T213数值预报:
t213
⏹中国HLAFS数值预报:
hlafs
⏹云图:
cloud
⏹雷达:
radar
⏹传真:
fax
2.MICAPS各主要要素子目录(第二层次)
⏹填图数据:
plot(地面为第1类,高空为第2类)
⏹气压格点:
p0(4)
⏹气温格点:
t0(4)
⏹露点格点:
td(4)
⏹3小时变压/变温格点:
p3/t3(4)
⏹24小时变压/变温格点:
p24/t24(4)
⏹6/24小时降水量格点:
r6/r24(4)
⏹全风速:
vv(4)
⏹高度格点:
height(4)
⏹温度格点:
temper(4)
⏹变高/变温:
dh/dt
⏹温度露点差格点:
t-td(4)
⏹流线:
uv(11)
⏹风场填图:
wind
(2)
⏹红外/可见光云图:
ir/vis
⏹水汽图:
vapour
⏹物理量:
physic(下面的子目录里)
⏹散度:
div
⏹涡度:
vor
⏹垂直速度:
ww
⏹比湿:
sq
⏹水汽平流:
qav
⏹水汽通量:
qflux
⏹水汽通量散度:
qfluxd
⏹相对湿度:
rh
⏹假相当位温:
qse
⏹温度平流:
tav
⏹涡度平流:
vorav
⏹K指数:
ki
⏹沙氏指数:
si
⏹山崎指数:
ky
所有标量数据的目录名后加上一-p即为填图数据目录(3)
3.MICAPS的各层次子目录(第三层次)
⏹地面和海平面:
999
⏹1000hPa:
1000
⏹925hPa:
925
⏹850hPa:
850
⏹700hPa:
700
⏹500hPa:
500
⏹400hPa:
400
⏹300hPa:
300
⏹250hPa:
250
⏹200hPa:
200
⏹150hPa:
150
⏹100hPa:
100
⏹兰勃托投影云图:
l
⏹麦卡托投影云图:
m
⏹极射赤面投影云图:
p
4.25类数据格式
⏹第一类数据:
地面全要素填图
⏹第二类数据:
高空全要素填图
⏹第三类数据:
通用离散点填图
⏹第四类数据:
格点数据等值线
⏹第五类数据:
T-LnP和站点剖面探空图数据
⏹第六类数据:
传真图fax
⏹第七类数据:
台风路径数据typhoon
⏹第八类数据:
城市站点预报数据cityfcst
⏹第九类数据:
地理线条数据map
⏹第十类数据:
综合图定义combine
⏹第十一类数据:
格点矢量数据
⏹第十二类数据:
单点雷达数据
⏹第十三类数据:
图像数据(卫星云图、雷达拼图和地形图)cloud、radar
⏹第十四类数据:
保存被编辑图形的图元数据update
⏹第十五类数据:
调色板数据colormap
⏹第十六类数据:
预报站点位置数据statable
⏹第十七类数据:
站点文字信息数据history、inform
⏹第十八类数据:
格点数据剖面图
⏹第十九类数据:
micaps系统命令行参数
⏹第二十类数据:
表格数据
⏹第111类数据:
邮票图数据
⏹第777类数据:
曲线图数据
⏹第778类数据:
直方图数据
⏹第779类数据:
饼图数据
⏹第780类数据:
玫瑰图数据
三、综合图检索
1.综合图
v综合图是能够作为一个整体被检索的一组数据。
这一组数据的信息被储存在一个由用户命名的综合图文件中,当用户选择这个文件时,系统根据文件中的信息,把相应数据的最新时次的图形、图像自动迭加显示在显示区中
v第十类格式,以.ZHT为后缀,存放于\combine目录下
附:
第十类数据格式:
综合图定义
文件头:
diamond 10 综合图中所含的数据文件数
数据:
数据文件路径 后缀 数据类型代码
例:
diamond 10 3
C:
\MICAPS\HIGH\PLOT\500 *.000 2
C:
\MICAPS\HIGH\HEIGHT\500 *.000 4
C:
\MICAPS\HIGH\TEMPER\500 *.000 4
2.定义综合图
弹出定义综合图窗口,输入综合图文件名后,当前图形显示窗口内的所有图形、图象即被作为一个综合图存入该文件中
3.检索综合图
选择需要的综合图文件,MICAPS将根据该文件中保存的信息,显示最新时次的数据
四、翻页检索
在“后退”时各数据间的时间匹配基本原则是:
图形显示区内时次最新的数据将“后退”一个时次,与其时次相同的数据都将“后退”一个时次,比其时次旧的数据则不改变时次
第四章图形显示和操作
一、显示设置窗口
1.显示设置窗口的弹出(2条途径)
2.显示设置窗口部件(显示、消影、编辑、查看、特征、删除)
二、底图的显示和操作
1.底图的初始显示
2.底图的放大(拉窗放大、双击鼠标放大)、缩小、漫游
3.底图旋转
4.改变底图投影(兰勃托、麦开托、北半球极射赤面、南半球极射赤面、经纬度线性投影)
5.隐现经纬线(2条途径)
6.改变底图颜色(2条途径)
7.区域设置
1)增加新区域
2)区域
8.还原底图
9.底图定位(定位定标,2条途径)
10.地理信息(河流、地形、政区,2条途径)
三、通用标量站点数据的显示和特征设置(3,-p,非规范的站点填图,可显示4个要素)
1.设置填图字体和格式
2.选择填图、画等值线或显示站号
1)-1表示不画
2)“线宽”只对实线型等值线起作用,对其它线型的“线宽”不起作用
四、通用标量格点数据的显示和特征设置(4)
1.设置等值线和加粗线的参数
一般情况下,当等值线数据调入时,系统自动把加粗线间隔设为等值线间隔的2倍。
当在窗口内选择了“保存加粗线间隔”选择框后,系统将使用用户设置的加粗线间隔。
2.标高低压中心(2个英文或1个汉字)
3.彩色填充(固定填色范围:
900~1060;全程填色)
4.画等值线、填格点值、格点数据编辑
5.等值线工具条
1)平滑方式(样条、抹角、不)
2)显示色标(2条途径;平移调色板;复制;改变;取消;保存)
五、通用矢量格点数据的显示和特征设置(11,流线)
六、通用图像数据的显示和特征设置(13,云图,注意图像与底图经纬度的匹配)
1.改变图像显示颜色(3种途径)
2.显示图像定标值(2条途径)
七、气象图元数据的显示(14,图形必须处于“编辑”状态时才可以修改线条的线型和线宽,通过线条编辑工具条)
八、地理信息线条数据的显示(9)
九、站点信息数据的显示(17,2条途径)
一十、综合地面填图数据的显示和特征设置
(1)
1.填图要素的隐现切换
2.改变填图的格式、字体、颜色和位置
3.添加或删除矩形框内要素
一十一、综合高空填图数据的显示和特征设置
(2)
一十二、探空三维数据的显示(5)
一十三、气象传真数据的显示(6)
1.欧洲中心的“倒置”,需旋转传真图
2.各传真图的意义
时效
一十四、台风路径数据的显示和特征设置(7)
一十五、城市预报数据的显示和特征设置(8)
一十六、表格(20)
一十七、预报站点(16)
一十八、动画显示
第五章数据编辑
只有一项处于编辑状态
一、线条编辑
对象:
等值线数据(4)和气象图元数据(14)
1.创建新图形
1)画新线
2)修改等值线(修改线的第一点和最后一点中至少要有一点与老线重合,重合处将显示一个黑色小方块)
3)修改等值线值
4)画槽线、锋线、霜冻线
5)标高低、冷暖中心
6)天气区
7)各种天气符号(注意风符号)
8)标注说明
9)删除线条和符号
10)取消编辑操作
11)暂停编辑操作
12)保存编辑结果(2条途径)
2.系统预报动态图
•根据不同季节、不同区域制作相应的天气系统预报动态图,对系统动态图进行分析判断:
移速、影响区域和系统的动态演变
•系统动态图就是对天气过程的总结,它可以告诉天气系统的来龙去脉,了解过去、把握现在、预测未来
•不同层次的系统动态图是业务天气预报中常用的工具
二、格点数据编辑
1.格点编辑工具条(2条途径)
2.格点编辑操作
1)全场离散化
2)雨量离散化
3)全场截断
4)修改全场值
5)区域操作
a)区域选择
⏹固定区域
⏹等值线区域(闭合,左右都可;不闭合,左高右低)
b)取消区域
c)区域外为0(固定:
外为缺测值;等值线:
外为外围等值线值)
d)移动区域&取消区域移动(只对等值线区域有效)
e)删除区域(不是区域,是区域内格点数据;删除后内插补充;移动区域不能删)
f)区域禁入(只对固定区域有效)
g)修改区域值
6)显示原场
7)填图隐现
8)恢复全场值
9)取消全部编辑
3.翻页自动编辑
4.保存(2条途径)
三、城市预报编辑
对象:
第8类数据(cityfcst文件夹下)。
每个城市预报数据都包括了2个时段(前12h和后12h)的预报,要素包括了天气、温度和风
附:
第八类数据格式
•文件头:
•diamond 8 数据说明(字符串) 年月日时次 时效总站点数(均为整数)
•数据:
•区站号 经度 纬度 拔海高度 天气现象1风向1风速1 最低温度最高温度天气现象2风向2风速2
•例子:
•diamond895年12月24日20时48小时城市预报
•9512242048 48
•50953 126.77 45.75 143 0 -9999 0 -16 -4
•54161 125.22 43.90 238 0 -9999 0 -13 -3
•54342 123.43 41.77 43 0 -9999 0 -12 -1
•54527 117.17 39.09 5 0 -9999 0 -5 4
•53463 111.68 40.821065 0 270 3 -18 -7
•··············
1.修改(修改都要在小框内;从“修改风符号”到“修改温度值”的操作中必须要点击“暂停编辑”按钮)
2.区域编辑修改
1)单点修改
2)区域修改(总体变动,同加同减)
3)定义和修改区域
4)删除区域
3.保存(2条途径)
第六章中短期组件使用
一、概念
MICAPS第二版的结构是核心程序加组件的组合,其整体功能是由核心程序与组件的功能共同实现的
中短期组件是为适应中短期预报业务的需要开发的,由数据输入动态连接库、参数检索控件、辅助图表控件和数据分析控件组成
数据输入动态连接库(*.dll)负责读取中短期业务需要的各种数据,它不与用户进行任何交互。
与用户交互的主要有参数检索控件、辅助图表控件和数据分析控件
二、参数检索控件(3种打开方式)
三、辅助图表洞见
1.打开方式(2种)
2.探空图
1)对象:
探空三维数据(5)
文件头:
diamond 5 数据说明(字符串) 年 月 日 时次 总站点数(均为整数)
数据:
区站号 经度 纬度 海拔高度 单站内容长度 第一层气压 位势高度 温度 露点风向 风速 第二层气压·····
2)T-lnp图
a)温度对数压力图又称埃玛图(Emagram,是Energy-per-unit-mass-diagram的缩写)、温熵图、斜温图、假绝热图等,是一种热力学图解。
b)图中包含了温度和露点的垂直廓线、上升曲线以及各标准等压面上的高度、温度、露点和风的填图
c)在窗口右上角为K指数、850和500假相当位温的差及沙氏指数的数值
d)在图中的正能量区将填充红色竖线,负能量区将填充兰色竖线
e)T-lnP图上的基本线条
横纵坐标:
温度-对数压力
等压线:
平行于横坐标的一组(黄色)直线
⏹在纵坐标的右侧标有1000-200hPa的等压线数值,左侧标有250-50hPa之间的等压线数值
等温线:
平行于纵坐标的一组(黄色)直线
干绝热线:
即等位温线,是一组近似为直线的(黄色)对数曲线
等饱和比湿线:
是一组近似为直线的(绿色)双曲线
湿绝热线:
(绿色)虚曲线
f)三种曲线
⏹温度层结曲线(红)
⏹湿度层结曲线(墨绿)
这两条曲线一起表示大气所处的热力状态,称为大气的温湿层结曲线
⏹状态曲线(虚线):
干绝热至LCL,再湿绝热
g)三种不稳定
⏹绝对不稳定型
⏹绝对稳定型
⏹潜在不稳定型
上升气块的路径曲线与层结曲线有几个交点,既有正不稳定能量也有负不稳定能量。
C点以下是负不稳定稳定能量,气块只能在外力推动下抬升,一旦越过C点就可以从大气中获得正不稳定能量而自由上升了,因此C点称为自由对流高度。
h)两种指数
⏹K指数
K值越大,越有利降水发生
⏹沙氏指数
⏹沙氏指数:
Si>0稳定,Si<0不稳定
Si>3℃不可能有雷雨,0℃≤Si<3℃,可能有阵雨
-3℃<Si<0℃,可能有雷雨,-6℃≤Si<-3℃,有强雷暴
K指数:
K<20℃无雷雨,20℃<K<35℃有局部雷雨
K≥35℃有成片雷雨
△θse850-500<0稳定
△θse850-500>0不稳定
3.站点剖面图(横纵坐标)
4.高空风时间剖面图(15个时次)
5.时间曲线图(对第3类数据进行处理,16个时次)
6.地面三线图(对第1类数据进行处理,12个时次)
7.格点剖面图(对第18类数据进行处理)
四、数据分析控件
1.打开(2种方式)
2.两点差值(适用:
1,2,3,4;地面:
气压、气温、露点,高空:
高度、温度、温露差)
3.高空滤波(显示高频结构,突出较小尺度的天气系统)
4.区域统计(适用:
3、4、11)
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