气象科学和技术在20世纪后半页取得了长足的进展，主要体现在：新的观测系统，特别是气象卫星提供了前所未有的大量观测数据；对大气层内部动力和物理过程，及大气层与海洋和地球系统其他圈层的相互作用的机理的认 识日益深入；数值天气预报的水平空前改进，目前的五天预报的水平与20年前两天预报的水平相当，南北半球的预报水平亦不相上下；现在已能够提前一季度或一年，对厄尔尼诺和拉尼娜事件的发生及其对世界各地的影响做出预报；现在已能够进行年代际气候预估，这为气候变化研究和政府间气候变化专业委员会（IPCC）的评估工作做出了贡献。

    上述成绩的取得，一方面是由于科学上的突破，另一方面是得益于观测、通信和计算机技术的发展。鉴于信息技术在推进气象、水文等科学的发展，增强各国气象水文部门为社会经济发展和环境保护的服务能力方面的重要作用，世界气象组织执行理事会选定了“信息时代的天气、气候和水”作为2004年世界气象日的主题。

    在信息时代，气象和水文学所依赖的观测、通信和计算机技术得到了突飞猛进的发展。回顾历史，正是电信和信息技术的进步，为世界气象组织在 1963年发起世界天气监测网计划创造了条件。在今年的世界气象日即将到来之际，回顾国家气象中心的信息化进程，展望未来气象信息系统的发展，是很有意义的。

    我国改革开放以来，特别是上世纪90年代以来，以气象通信网络、高性能计算技术为代表的我国气象信息系统已取得长足进展，形成了一套完整的、业务化的实时气象信息系统。国家气象中心处于我国气象业务系统的核心，信息技术应用在其现代化建设的进程中扮演了重要的角色。

    由高速计算机、大容量高性能存储系统、高速局域网组成的高性能计算环境为业务数值天气预报创造了基本的条件。进口和国产巨型计算机，在国家级业务数值天气预报中发挥了重要作用；以神威-I巨型机为基础成立的北京高性能计算机应用中心，作为国家级计算中心，不仅为气象部门，而且为其他部门的科研单位和高等院校提供高性能计算资源服务；初步建成了由大容量磁盘阵列和自动磁带库构成的高性能存储系统；完成了国家级骨干网络系统建设，实现了国家级各业务单位、公共资源之间的高速互连。

    全国气象通信卫星网络系统项目（9210工程）的实施，建立了基于卫星通信技术的覆盖全国地市级以上气象局的双向通信网，和覆盖全国县以上气象站的高速数据广播网，大大提高了国内气象通信传输能力，从整体上提高了气象现代化的水平，缩小了与发达国家的差距。国家气象中心承担了该网络的业务运行管理和技术支持的职责。

    国家气象中心的国际通信系统承担着世界气象组织亚洲区域通信枢纽的职责，是国际国内气象数据交换的中枢。

    ICAPS（气象信息综合分析处理系统）软件的开发和推广应用，统一了全国天气预报员的工作平台，促进了天气预报业务流程的改革。

    商用数据库管理系统得到业务应用，以数据为中心的业务流程逐渐形成。Internet技术被广泛应用于信息交流、发布。

    由以上这些信息系统为主构成的国家气象中心信息系统，每天24小时不间断地运行，为国家级天气和气候业务和科研提供了技术支撑。

    我国气象通信网络的发展：

    数据收集和交换

    为了实现我国气象通信的自动化，国家气象中心1978年从日本日立公司引进了一台M-170和两台M-160计算机。这是我国气象部门首次引进国外先进的计算机系统，也是当时国内最高速的大型计算机系统。这三台机器构成“北京气象枢纽”——BQS系统，于1980年投入正式业务运行，使当时北京气象通信枢纽一跃成为世界气象组织全球电信系统（GTS）上技术领先的通信枢纽之一。不久之后由国家气象中心的通信软件专家在M-160上自行开发的 X.25 LAPB协议控制程序成功地实现了北京-德国奥芬巴赫气象电路X.25 LAPB协议。这是GTS上第一条此类电路。M-170计算机峰值速度为每秒100万条指令，承担气象数据处理和我国第一代短期数值天气预报业务。这三台计算机于1991年退役，服役期长达12年。

    BQS应用软件是我国气象部门第一个按软件工程方法组织开发的大型软件系统。BQS应用软件由国家气象中心的软件工程师与日立公司软件工厂的工程师共同参与开发，引进了日立公司当时的软件工程技术和项目管理方法。例如开发过程有清晰的阶段划分，分析、设计、实现、测试各阶段有明确的任务和考核目标、文档要求，建立了软件配置管理和软件变更管理体系。

    高可靠性和高效率是BQS软件开发中追求的重要的目标。BQS的主要功能是国际国内数十条气象电路上的电报转发。由于当时的气象电路主要采用异步通信，BQS的一个重要设计指标是“不能丢失电路上的一个字符”。为

    此BQS软件采用了双系热备份技术，设计了十分复杂的磁盘文件系统。BQS软件的编程语言全部采用汇编语言，当时在日立大型机上实现BQS这样高效率的实时软件，采用汇编语言是唯一的选择。但是由于汇编语言的抽象级别低，BQS软件的编程、测试、维护的技术难度较大。

    1990年初，从美国DEC公司购买的VAX6320、四台通信前端机MIRA，以及从太极公司购买的三台NCI2780到货安装。其中三台 NCI2780（VAX780的兼容机）与VAX6320成功地组成了VAXCluster群机系统。NCI2780承担气象通信业务，VAX6320承担气象数据库管理和数值预报业务的资料预处理。这些典型的小型计算机构成了国家气象中心第二代气象通信系统的硬件。接替BQS软件的第二代气象通信软件— MSS（报文交换系统）的开发工作于1988年开始，历时三年，1991年6月MSS正式投入业务运行。MSS的运行平台是着名的 VAX小型机，操作系统为VAX/VMS。

    与BQS系统相比，MSS采用了比较简捷的数据结构和控制结构；负责线路控制的前端机仍采用双机热备份运行方式，而负责后台业务处理的主机采用双机冷备份运行方式，这样就显着地降低了软件的复杂性。前端机和主机之间利用DECNET的非透明进程间通信机制，实现了4台前端机与1台工作主机之间的高效率通信。MSS软件除了约3%的底层公用模块用汇编语言编写外，其余均用C语言编写。由于C语言有很强的过程描述和数据结构描述功能，并提供结构化的逻辑构造，MSS的编程、测试和维护效率比BQS有明显提高；MSS程序还具有较好的可移植性，曾于1995年成功移植到SUN的Solaris 平台上。目前MSS软件仍然在国家气象中心业务运行，不久它将被功能更完善的第三代气象通信软件代替。

    全国气象通信卫星网络系统（9210工程）是我国气象部门上世纪90年代建设的覆盖气象部门各级台站的国内气象通信系统。该系统以VSAT（甚小口径终端）卫星通信技术为主，地面公用分组交换网为辅，实现了全国300多个地市以上气象台到国家气象中心的双向TCP/IP互连。该系统的业务应用软件——气象信息业务系统（MIOS）由国家气象中心负责统一开发，实现国内气象数据的实时交换和管理。

    MIOS包含数据传输、数据库和业务监控三个子系统。MIOS的安装地点超过300个，覆盖国家级中心、省台和地市台三个业务层次，运行于多种硬件平台之上。开发这样一个复杂的应用软件系统，必须按软件工程的原则和方法组织。因此在三年多的开发过程中始终将执行气象软件工程规范作为一项基本要求。特别是MIOS测试工作计划在设计和编程的同时即已由测试组开始制定。详细的测试计划和严格的测试过程对保证 MIOS的质量起到了重要的作用。

    产品分发

    由国家气象中心制作和收集的大量预报产品必须通过信息网络分发到全国的各级气象台站。早期的产品数量较少，以气象电报的形式、通过逐级的电报转发即可分发到台站。随着数值天气预报和气象卫星的发展，需要分发的产品数量急剧增长。气象通信卫星网络系统中的数据广播子系统很好地解决了这一问题。设立在国家气象中心的卫星通信主站，将2Mb/s的带宽划分为64个信道，用于气象数据广播。针对不同用户群的数据要求，组织了不同的广播节目。接收站必须经过主站授权才能接收到指定信道上的数据。目前全国有2300多个接收站。主站每天广播的数据总量在30GB以上。一个县气象站通过卫星广播接收到的数据量相当于以前从地面电路能收到的数据量的100倍。

    实时数据管理系统

    国家气象中心的第一、二代实时数据管理系统均是基于文件系统的专用数据管理系统。第一代运行于日立M-170计算机的VOS2操作系统上，用汇编语言编写；第二代运行于DEC的VAX（1997年后为ALPHA）计算机的VMS操作系统上，主要用FORTRAN语言编写。

    基于文件系统的专用数据管理系统的优点是运行效率高，但是软件可靠性差、功能扩充困难。为克服这些缺点，从90年代中期开始，国家气象中心就探索利用商用数据库管理系统开发气象数据库。商用数据库管理系统是通用的数据管理工具，但将其用于气象数据管理需要解决运行效率问题。经过多年的试验，不断改进应用软件的效率，加之计算机硬件和商用数据库管理软件的性能价格比不断提高，2003年国家气象中心的基于SYBASE商用数据库管理系统的实时气象数据管理系统已开始用于业务。

    高性能计算技术在国家气象中心的应用：

    高性能计算机

    高性能计算机是指在计算速度、存储容量和访问带宽及连网速率等主要指标上处于领先地位的计算机，它总是相对于同一时期的其他计算机性能而言。

    在1978年引进的BQS系统中，有一台每秒100万次计算的M-170计算机。这台当时的高性能计算机承担了我国第一个短期数值天气预报模式—B模式的计算任务。

    1984年从日本富士通公司引进了M-360计算机，承担气候资料处理任务。该系统包含了多种外部设备，如纸带机、九轨磁带机、数字化仪、用户视频终端和宽行激光打印机等，较好地满足了当时资料处理的应用要求，特别是用户视频终端，为上机用户提供了更好的界面，比日立M-160/170系统上调试程序时输入主要靠卡片，输出只能看打印结果的方式进了一大步。

    1988年，国家气象中心对M-360进行了升级，增加了一只CPU，并扩充了磁盘子系统。升级后的双CPU系统峰值性能达到7MIPS（每秒百万条指令）。在1990年Cyber962计算机安装之前，M-360承担了我国第一个中期数值天气预报模式（T42L9）的准业务运行，为我国中期数值天气预报的发展赢得了保贵的时间。

    “七。五”期间，中期数值天气预报业务系统被国家列为重点工程。此工程的内容包括建设中期数值天气预报所需要的巨型计算机系统及其前端大型机系统，以及用于气象通信和数据库的小型机系统。1988年，中心与国防科技大学签订了由国防科大为国家气象中心研制银河—Ⅱ向量巨型机的合同，还分别与美国 CDC公司、DEC公司及中国太极计算机公司签订了购买大型机及网络系统、小型机系统的合同。

    1990年初，CDC Cyber962大型机和LCN网络系统开始安装。Cyber962是当时技术较先进的大型机，字长64位，内存64MB，峰值性能14.6MIPS，运行NOS/VE操作系统。

    另一台更高性能的大型机CDC Cyber992由于美国出口审批的原因，推迟到1991年第二季度才交货安装。Cyber992字长64位，内存64MB，峰值性能34MIPS，带有向量处理部件，峰值向量运算性能达57MFlops（每秒百万次浮点运算），操作系统是NOS/VE。 Cyber992采用水冷技术。Cyber系列机是大型机处于鼎盛时期的代表性机型。

    Cyber和VAX计算机的安装较大地改善了中心的计算环境。1991年6月15日，中心的实时业务从原来的日立—富士通计算机上切换到Cyber—VAX计算机上，开始正式向外发布中期数值预报产品。

    我国气象部门的第一台巨型计算机——银河—Ⅱ，经过国防科技大学计算机研究所五年多的研制开发，于1993年初开始在中心安装。国家气象中心是银河—Ⅱ 的第一家用户。银河—Ⅱ是共享主存的向量并行计算机，主频达50MHz，每个CPU的峰值性能为100MFlops。国家气象中心的银河—Ⅱ有四个 CPU，总峰值性能达400MFlops，内存256MB，有一个I/O处理机，通过专用通道与前端机（两台Cyber）相联。银河—Ⅱ采用专有操作系统 YHOS，支持批量作业方式，用户经前端机间接使用银河—Ⅱ巨型机。

 

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