江西天气雷达基数据标准格式传输质量评估

魏敏丹 刘海燕 余腾龙

（1、江西省气象信息中心，江西南昌 330096 2、国网江西省电力有限公司信息通信分公司，江西南昌 330096）

1 概述

新一代天气雷达是具有高时空分辨率的降水探测设备[1]，探测范围大、产品丰富[2]，具有优良的多普勒测速能力，探测能力强，不仅能提供降水分布及定量估测，还能提供降水区内风场信息[3]，改善高分辨率数值天气预报模式的初值场[4]。随着新一代天气雷达不断建设和组网运行，天气雷达数据产品得到了广泛应用[5-8]，在临近天气预报和雷雨大风天气、冰雹、飑线、龙卷等监测预警方面发挥了重大作用。江西省现有8 部新一代多普勒天气雷达站，包括2 部SC 型和6 部SA 型（详见表1）。江西新一代天气雷达系统主要用于区域内灾害性天气的监测预警，在江西防灾减灾工作中发挥着重要作用。

表1 江西省新一代多普勒天气雷达站

SC 和SA 两种不同的雷达业务格式不利于我省气象业务人员和科研人员对雷达数据的高效快捷利用，制约着江西新一代天气雷达系统的进一步发挥。将雷达基数据格式统一标准化、规范化是气象事业发展的必然，2016 年开始试验组网天气雷达数据流传输，2018 年实现了双轨运行（即在保留原格式数据以文件形式传输的同时，开始以流传输方式传输标准格式数据）[9]。2020 年，中国气象局提出天气雷达基数据标准格式单轨运行要求。江西省气象局于2020 年12 月1 日完成省内天气雷达基数据标准格式业务切换，全面停止了天气雷达基数据原格式数据文件的传输和服务。论文将对比分析江西8 部雷达站基数据原格式数据文件传输与标准格式流传输的传输质量。

2 天气雷达基数据标准格式单轨运行

气象数据格式不标准、不统一直接影响数据交换共享，推进气象数据格式标准化工作，是气象事业深化发展的关键。2015 年，中国气象局启动气象数据格式标准化工作，根据《气象数据格式标准化工作实施方案》，2020 年基本实现我国气象数据格式的标准化。

新一代天气雷达观测时采集并加工处理的存档数据即为基数据，包括雷达站信息、速度谱宽、回波强度、仰角、径向速度、数据分辨率、时间等。标准格式的基数据可分为多个区块，包括公共数据块和径向数据块，每个区块描述一组信息。公共数据块用于提供公共信息，如任务配置、站点信息等；径向数据块包括径向头、径向数据头和径向数据等3 个子块，用于存储天气雷达的探测资料[10-11]。用于天气雷达基数据标准格式单轨运行前，江西天气雷达基数据主要是以原格式数据文件形式传输和服务。2020 年11 月，江西省气象局制定了覆盖台站-省级-国家级的雷达基数据标准格式传输、存储、应用和服务业务流程，安装了雷达基数据格式转换工具，完成了雷达站软件的更新和测试工作，建立了业务切换与应急回退操作机制，确认了天气雷达基数据标准格式流传输、存储、服务、补传配置和监视配置，具备了业务系统与标准格式数据的对接条件。12 月1 日，江西全面停止省内所有天气雷达基数据原格式数据文件的传输、服务，推送标准格式数据给行业、部队等用户及各业务应用平台，完成了天气雷达基数据标准格式业务切换，实现了基数据标准格式单轨运行。

江西天气雷达基数据标准格式单轨运行业务切换，统一了全省天气雷达基数据格式，规范了要素、命名方式、参数范围等信息，传输方式由雷达体扫一圈后以文件形式传输变换为每扫描一个径向即以流形式传输。

3 传输质量分析

中国气象局在每年的汛期（6 月至9 月）对江西省的8 部新一代天气雷达基数据进行24 小时（雷达设备大修期间除外）考核，非汛期（10 月至次年5 月）仅考核10：00 至14：00（北京时），传输及时率（及时收集站次占应收站次的百分比）要求达到90%。此外，江西省气象局对省内各地市雷达站也有业务考核要求，考核及时率为98%。由于非汛期时期，考核时次较少，本文不作统计分析。下面分别统计江西8 部雷达站在天气雷达基数据标准格式单轨运行前（2020 年汛期）及单轨运行后（2021 年汛期）的基数据传输及时率，并作对比分析。

3.1 雷达基数据原格式文件传输及时率

表2 统计了2020 年6 月至2020 年9 月期间，江西8 部雷达站单站基数据原格式文件传输及时率及全省及时率。

表2 中统计的数据显示江西全省及所有雷达站单站传输及时率均达到了中国气象局的考核标准（90%）。

表2 2020 年汛期雷达基数据原格式文件传输及时率

3.2 雷达基数据标准格式流传输及时率

表3 统计了2021 年6 月至2021 年8 月（截止至文章撰写月份）期间，江西8 部雷达站单站基数据标准格式流传输及时率及全省及时率。

表3 2021 年汛期雷达基数据标准格式流传输及时率

表3 中统计的数据显示，在天气雷达基数据标准格式单轨运行后，江西全省及所有雷达站单站传输及时率同样能达到中国气象局的考核标准。

3.3 传输质量对比分析

图1 将单轨运行前后两个汛期的天气雷达基数据的传输及时率进行对比。从图中易得出，标准格式单轨业务运行前，江西有2 部雷达站（Z9796、Z9798）的基数据传输及时率低于98%，未达到江西省气象局的考核要求；标准格式业务运行后，江西8部雷达站的基数据传输及时率均达到了省局的考核要求，且全省总的传输及时率（99.11%）高于单轨运行切换前（99.02%）。单站传输及时率最高提升了1.26 个百分点（Z9798），虽然有5 部雷达站（Z9791、Z9792、Z9794、Z9795、Z9797）的单站及时率略有降低，但实际上这5 部雷达站的传输及时率都在99%左右，远高于省局和国家局的考核标准。此外，从图1 中可以看出，单轨传输业务实行后，江西8 部雷达站的单站传输及时率更加平均，最高及时率为99.85%，最低及时率为98.22%。

图1 传输及时率对比分析

图2 为江西8 部雷达站在2020 年汛期每月的基数据传输及时率，图3 为2021 年汛期每月的基数据传输及时率。对比两张图可以看出，标准格式单轨业务运行前，有4 个月次单站传输及时率未达到江西省气象局的考核要求（98%），且这4 个月次及时率都低于97%；标准格式业务运行后，仅有1 个月次单站传输及时率未达到江西省气象局的考核要求，且这1 个月次及时率高于97%。

图2 2020 年汛期每月及时率

图3 2021 年汛期每月及时率

综合上述，天气雷达基数据标准格式流传输业务运行稳定可靠，统计得到的传输及时率证明其确实能够提高江西省雷达基数据的传输质量，进一步保证了雷达数据传输完整性、时效性。

4 结论

文章以汛期、每月这两个时间维度分别分析了天气雷达基数据原格式数据文件传输和标准格式数据流传输的传输及时率。此次江西省天气雷达基数据标准格式单轨运行业务切换，将全省两种型号的天气雷达站基数据格式进行统一，在数据格式标准化、规范化的同时，确保了传输质量。流传输方式比文件传输方式大约缩短了100 秒，天气雷达产品应用时效得到了有效提升，保障了全省灾害性天气预报及监测预警等气象服务，为江西省防灾减灾工作提供了有力支撑。