2022年11月30日00:17:18 熱門 1922

“天擎”業務化運行後

熟悉的氣象業務

會有哪些不同？

建設一個統一、開放、集約的平台，將氣象部門海量的數據、龐雜的業務系統收歸一處，讓信息暢通無阻，觀測、預報、服務間的融合協作也變得前所未有的便利高效——多年以前，這些設想只是“空中樓閣”，但如今隨着氣象大數據云平台的業務化運行一一照進現實。“天擎”這個“數算一體”的支撐平台，正成為氣象業務與研發高度集約的“雲+端”新業態最可靠的支柱。

成長

迎難而上築牢“雲+端”業務技術體制基座

將風雲變幻用觀測數據記錄下來，再通過複雜的運算得出預報，最終轉化為豐富多樣的服務產品，氣象業務鏈條從頭到尾，都高度依賴數據與信息的順暢流轉。建立一個集約、穩定而高效的信息系統，一直以來都是氣象工作者的理想。

跨入新時代，隨着信息技術的快速發展，以及氣象業務對擁有集約高效系統的願望越來越強烈，“天擎”因勢而生，肩負起夯實“雲+端”業務技術體制基座的重任。

因勢而生

2017年12月，是“天擎”建設的起點。

12月11日，《氣象大數據行動計劃（2017-2020年）》發布，提出統一設計建設開放互聯的氣象大數據云平台。12月26日，《氣象信息化發展規劃（2018-2022年）》印發，明確建設“專有雲+公共雲”模式的氣象大數據云平台。

國家氣象信息中心系統工程室副主任何文春參與了“天擎”建設全過程。他認為，從起步階段開始，“天擎”的定位就非常明確，“集約”是其中最明顯的特徵。這個新生的平台，將匯聚、共享、開放與應用氣象數據資源，推進氣象應用融入其中，建成智慧氣象生態體系，支撐氣象數據資源開放共享和跨領域融合應用，提升氣象信息系統集約化水平和應用協同能力。

彼時，全國綜合氣象信息共享平台（CIMISS）剛剛解決國省應用統一數據源的問題，但各業務單位、業務系統間的“信息孤島”“應用煙囪”問題仍未解決，資源浪費現象突出。如何在數據集約的基礎上，實現“數算一體”更高層次的集約？“天擎”的設計需要慎重考量。

從國家級到省級，氣象業務系統十分龐雜。要將各不相同的系統順利融為一體，必須有的放矢，以需求為引導。2018年1月，國家氣象信息中心聯合各國家級業務單位和部分省級氣象局，組建34人的設計團隊，開始設計氣象大數據云平台。設計初稿完成後，又全面徵集反饋情況，吸納改進建議82條，最終歷時9個月時間，完成《氣象大數據云平台設計方案》。“天擎”的建設工作，正式啟動。

攻堅克難

數十年來，各級氣象部門根據各自需求，建設了數據規範、系統架構、編程語言等各不相同的數百個業務系統。要構建一個兼容並包的平台，實屬不易。

與互聯網“大廠”建設雲平台不同的是，氣象大數據云平台建設面臨著堪稱嚴苛的算法兼容問題。以數值預報為例，我國的模式研發起步於20世紀80年代，許多核心算法仍採用誕生於1957年的Fortran語言或1972年發行的C語言。要想從底層重構這些算法，既不現實也無必要，因此就需要增強兼容性，讓來自“舊時代”的程序順暢地運行起來。

相比個別算法的兼容，業務系統的整體融入則是一項更為系統的工程。何文春介紹，過去氣象業務系統各自“立煙囪”的現象之所以廣泛存在，最大的原因就是各個系統有不同的需求，靠單一的模式無法完全滿足。作為首個融入“天擎”運行的業務系統，氣候監測預測分析系統（CIPAS）就有這樣的獨特需求。

進行氣候監測預測分析，需要很多帶地理信息標記的氣象數據。按照“天擎”當時設計的五種存儲技術，處理這種數據需要在提取氣象數據和地理信息後，再將二者進行疊加。對於CIPAS而言，這樣的模式會導致業務運行效率降低。因此，技術團隊與業務人員充分溝通，為“天擎”增加了存儲自帶地理信息和氣象數據的空間分析庫。這樣一來，CIPAS的業務需求得到了滿足，而“天擎”的支撐能力也得到進一步提升。

以“雲原生”姿態誕生在“天擎”上的西北人工影響天氣作業指揮系統，面臨的則是完全不同的挑戰。由於後續新業務系統都將採用“雲原生”模式，因此直接在雲上開發的這一系統，需要為後來者“打樣”。經過統一開發後，西北人工影響天氣作業指揮系統“標準化”權威盡顯，在內蒙古、甘肅、陝西、青海、寧夏、新疆完成規範化部署僅用了不到三周時間。

需求與研發相互促進。以這樣的模式，“天擎”於2019年7月發布了國家級1.0版本，具備海量數據存儲、全業務貫通、數據高效應用等能力。接下來，這個平台還需鋪向全國。

拔節生長

在省級氣象部門部署“天擎”並不是一項容易的工作。一方面，“天擎”構建於全新的大數據、雲計算技術，技術門檻高；另一方面，“天擎”作為新業務技術體制的基座，規模龐大。CIMISS建成以來，省級技術力量得到增強，但對“天擎”的部署而言，仍有不足。

面對這樣的形勢，技術團隊採取開放合作的方式，大力引進省級技術人員開發建設，先後有50名來自省級氣象部門的技術人員參與。他們帶着需求來，帶着技術回，成為“天擎”在省級順利部署的骨幹力量。2019年12月，31個省級氣象部門完成部署。

國省之間緊密合作，國家級業務單位之間同樣充分聯動，有7人先後帶着需求參與建設。在國家氣象信息中心內部，負責開發建設的系統工程室與負責用戶服務的資料服務室、負責運行維護的運行監控室配合更親密無間。

在“天擎”一步步成型的過程中，人才也在不斷成長。自投入“天擎”建設以來，團隊中有2人被聘為專業技術二級崗，3人晉陞正高職稱；5人入選中國氣象局高層次人才，包括1名氣象領軍人才、1名首席氣象專家、2名青年氣象英才、1名西部和東北優秀氣象人才；4人被聘為中國氣象局重點工程副總指揮或副總師，10人被聘為一級系統總師或副總師；8人入選國家氣象信息中心或省局高層次人才。

今年12月15日，“天擎”經過近一年的試運行後，正式業務運行，但“天擎”的建設工作，卻還遠遠沒有結束。多數國家級、省級業務系統尚待融入，人工智能等先進技術在大數據云平台上的應用有待攻關。未來，在建設過程中培養出的技術團隊，將成為“天擎”進一步拔節生長最重要的原動力。

優勢

“數算一體” 將帶來哪些改變？

12月15日8時，氣象大數據云平台“天擎”正式業務化運行，面向全國提供“數算一體”平台化服務。由於“天擎”在試運行中表現出色，這次切換因在情理之中而顯得“悄無聲息”，但隱藏在平靜的表面下的，則是“天擎”為氣象業務帶來的全方位、全鏈條升級。

推動觀測預報服務有機融合

以預報精準為龍頭，帶動監測精密和服務精細發展。要實現這樣的發展模式，“天擎”是必不可少的基礎。

各類業務系統融入“天擎”，並不僅僅意味着其在此運行和獲取數據，在業務運行中產生的數據和產品，同樣可以通過“天擎”進行規範化分享。這樣一來，各類觀測、預報、服務業務系統之間的距離就被前所未有地拉近，預報業務系統可以更高效地獲取各類觀測數據，服務系統可以更好地利用預報結論，各個系統之間共享數據、協同合作得以無縫銜接。

極大豐富數據資源

“天擎”提供了完整的數據資源。截至12月15日，“天擎”已經全面整合CIMISS原有數據、歷史歸檔數據、各類數據集及匯交數據，大幅增加國內外資料時間序列長度；數據資料達611種，記錄數達2214.9億條，每日新增2.96億條；全球地面、高空、海洋百年序列最早延伸至1901年，全球飛機報序列由4年延長至43年，雷達基數據序列由2年延長到13年。相比CIMISS，氣象大數據云平台的數據完整性、數據質量均有不同幅度提升，資料元數據信息更完整、質量更高。

“天擎”提供了實時歷史一體化的高效數據服務。應用系統建設者或開發者，無需從各種來源尋找數據，建立收集渠道、數據清洗、解析存儲，只需申請數據使用賬戶，選擇應用需要的數據，即可高效訪問。

提升數據利用效能

“天擎”通過升級完善的數據存儲技術，進一步降低了業務運行的時間成本。基於消息中間件、數據流、文件傳輸、衛星廣播以及網絡爬蟲技術，“天擎”建立了多協議支撐的數據交換體系，能夠主動發現、自動收集各類數據，收集的同時即可處理。

針對氣象業務特點，“天擎”構建了分布式存儲體系，面嚮應用對數據進行再組織。面向天氣預報等對實時性要求高的數據，採用分布式表格系統，訪問時效達毫秒級；面向氣候等長序列分析應用，採用分布式分析型數據庫，分析時效達到秒級。此外，針對中間結果、實驗數據等自用數據，支持個性化存儲，存儲空間一次分配、自由使用。

降低應用開發成本

“天擎”提供了豐富的算法和算力資源，可有效降低應用開發成本，縮短上線周期。作為應用系統建設者或開發者，無需進行硬件資源的採購、安裝、部署和維護，只需提交應用融入方案，申請算法運行依賴的算力資源。同時，也無需對應用需要的所有算法進行開發，通過申請使用算法庫中共享的算法，實現算法復用，眾智共享。

對於應用中產品加工需要的存儲資源，通過申請“天擎”應用專題庫，不必自建獨立數據庫，大大降低運維成本，提高數據共享水平，有利於進行多源數據聯合分析。業務中產品的加工和生成，不僅需要相應的數據和算力，還需建立任務調度框架。“天擎”提供的加工流水線，實現了多種任務引擎調度，包含時間觸發、數據源觸發、事件觸發等，算法選擇相應的調度引擎即可配置任務，應用只需關注算法實現邏輯。

融入

全面“雲化” 增效數倍

自“天擎”建設以來，各級氣象部門業務系統陸續開展融入工作，高效協同效益初步顯現。目前，“天擎”7×24小時不間斷運行，國家級及31個省級持續運行可靠性超過99.9%，國家級和省級的任務調度成功率均達100%，調度延遲控制在毫秒級。

氣候監測預測分析系統（CIPAS）

融入情況：系統架構全面“雲化”，系統性能全面提升。

CIPAS融入後系統架構全面“雲化”，實現數據、流程、平台和監控全面融入。系統以預報員體驗為中心，在數據訪問、加工、算法運行、圖形可視化與產品生成等方面的性能得到全面提升，數據平均查詢時間縮減超過50%，70%以上需要長時間計算、定時生成的產品改為實時交互獲取；實現CIPAS3.0全國一級部署、業務試用。

西北區域人工影響天氣作業指揮軟件系統

融入情況：“雲原生”開發，規範化部署便捷高效。

該系統基於“天擎”完成“雲原生”模式的研發，並在6個省份完成統一規範化部署。第十四屆全國運動會期間，基於“天擎”提供的穩定計算和存儲資源支撐，該系統圓滿完成保障任務。

集約化網格預報新流程

融入情況：在預報實時訂正和預報一致性方面發揮關鍵作用。

基於“天擎”國省“一張網”，國家氣象中心與北京、河北建成從網格預報製作到數據應用全鏈條的智能網格預報新流程，並基於這一新流程加工製作2022年冬季奧運會賽區及周邊城市站點預報。從預報員訂正發布，到應用系統獲取修訂的預報信息，全流程僅需數十秒，在預報實時訂正和預報一致性方面發揮關鍵支撐作用。

綜合氣象觀測業務運行信息化平台（“天元”）

融入情況：數據與算法集約管理，冗餘度降低30%。

“天元”是首個完成改造並融入“天擎”的核心業務系統。融入後，數據與服務資源的集約化能力提升50%以上，產品加工時效提升30%以上，支撐了觀測業務的信息化高效運轉，並為後續項目融入提供參考示範；實現元數據“天擎”統一服務。

區域高分辨率數值預報檢驗評估系統

融入情況：數據讀取效率有效提升，推動算法集約化管理。

該系統完全基於“天擎”開發建設，實現區域數值預報降水的傳統檢驗、空間檢驗和過程評估，以及近地面要素檢驗。數據讀取效率有效提升，實現模式數據與觀測數據的直存直取。基於“天擎”產品加工流水線切實推動算法集約化管理，完成系統軟硬件的實時監控。