昆明市SWAN平台的搭建及其与省级SWAN的搭配使用

甄廷忠　张琪　唐学军　江龙　周稀

摘 要：强天气短时临近预报系统（SWAN）的推广应用是提高气象业务水平的重要途径。文章从基础数据准备、系统服务器平台搭建、客户端安装及本地业务化应用4个方面，简述了SWAN在昆明市气象局的搭建过程和应用，通过比较分析指出云南省和昆明市两级SWAN系统在雷达相关产品、自动站观测资料上的差异表现：产品及时率、站点密度和部分区域产品准确率不同，指出SWAN系统有待完善之处，建议搭配使用省、地两级SWAN系统产品，以发挥各自长处、弥补不足，提高短时临近天气预报水平。

关键词：SWAN；本地化；省地两级；搭配使用

中圖分类号：P49 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）32-0040-04

Abstract： The popularization and application of Severe Weather Auto Nowforecasting （SWAN） system is an essential way to improve the meteorological operation level. This paper introduces the building process and application of SWAN in Kunming Meteorological Bureau from four aspects： basic data preparation， system server platform construction， client installation and local business application. Through comparison and analysis， the difference between SWAN systems of Yunnan Province and Kunming City in terms of radar-related products and observation data of automatic stations is figured out： the timely rate of products， the density of stations and the accuracy rate of products in some areas are different， and it is pointed out that the SWAN system needs to be perfected. It is suggested that the products of provincial and municipal SWAN systems should be used together to make full use of their respective strengths and make up for their deficiencies， in order to improve the level of Severe Weather Auto Nowforecasting （SWAN）.

Keywords： SWAN； localization； provincial and municipal systems； collocation

1 概述

强天气短时临近预报系统（英文简称“SWAN”）是中国气象局推广应用的业务系统。昆明市气象局按照中国气象局和云南省气象局的要求，根据自己拥有新一代天气雷达的自身条件，率先完成可供全市气象部门使用的地市级SWAN系统平台的搭建。该系统在满足基层业务人员便易获取更多气象资料的同时，也提高了强天气短时临近预报预警的能力。而后，随着云南省级SWAN系统在全省气象部门推广使用，昆明市气象局业务人员发现，省、市两级SWAN系统产品各有优缺点，合理搭配使用能相互弥补不足，充分发挥各自的优势，对改善强天气短时临近预报预警能力有重要帮助。本文介绍昆明市SWAN系统平台的搭建和省、市两级该系统的搭配使用经验。

2 昆明市SWAN系统的搭建

2.1 基础数据准备

SWAN系统运行基础数据由雷达基数据、雷达产品数据、自动站Z文件、雷电数据等组成。首先需要清楚各种数据所属管理单位，掌握各种数据的存储格式、存放路径、数据转换方法等[1]，以供SWAN系统服务器端进行调用。

2.1.1 雷达基数据

因SWAN系统平台所需的雷达基数据为BZ2格式，与国家局下发的RPGCD软件上传的数据格式一致。本着充分利用现有资源和减少工作量的原则，利用RPGCD软件的FTP上传功能成功获取BZ2格式的雷达基数据；编程实现了基数据实时删除程序，保证硬盘存储空间充足。

2.1.2 雷达产品数据

SWAN系统平台所需雷达PUP产品为固定树目录存储格式，与敏视达公司开发的PUP软件数据存储目录结构一致。通过建立局域网共享目录，成功实现雷达PUP产品的获取。

2.1.3 自动站Z文件

SWAN系统平台所需自动站数据文件与国家局要求上传的数据Z文件是相同的。但在实际业务流程中，Z文件生成以后即被上传至省局信息中心。故在Visual Studio 2010开发平台的C#开发环境下编程实现自动站数据Z文件分发程序，来覆行分发、获取、传输和存储Z文件的功能；并编程实现了自动站Z文件的实时删除功能。

2.1.4 雷电数据

由于全省雷电数据全部存放于省局服务器，且SWAN系统平台所需数据有固定格式，故利用oracle数据库编程技术，实现雷电观测数据查询、获取、数据转换、存储和删除功能。

2.1.5 MICAPS相关数据

昆明市气象局MICAPS相关数据和产品存放于机房服务器，SWAN系统平台所需的MICAPS相关数据采用局域网共享的方式获取。

2.2 搭建SWAN系统后台服务运行平台

根据SWAN系统平台后台服务程序相关要求，用一台Windows server 2008系统的专用服务器搭建服务器端1.0版本所需运行环境，成功安装SWAN系统服务器端应用程序。并对资料路径、雷达参数、模块阀值、系统参数、线程配置等各种参数进行设置（详细设置步骤参考SWAN用户手册），完成各种数据后台运行、处理和测试，系统运行情况良好。

SWAN系統平台自动站站点信息需要配置为固定格式的纯文本格式[2]。因昆明地区区域自动气象站数据量庞大，特编程实现了将区域自动站站点信息自动、批量转换成SWAN系统平台所需的自动站站点文件格式。

2.3 SWAN系统客户端安装、配置及本地化应用

本文中SWAN系统平台客户端为1.6版本（强天气版），采用全新框架，界面更加友好，集成度更高，智能化和自动化均有提升[3]，更趋向于强天气短时临近预报预警，故名“强天气短时临近预报系统”。

2.3.1 客户端安装

依照SWAN客户端的技术应用规则，完成SWAN1.6版本客户端安装，过程简单，不再敖述。

2.3.2 客户端配置

（1）数据路径配置

省级SWAN客户端数据路径设置为“＼＼10.208.6.30＼share＼swan＼LOCAL”，地市级SWAN产品路径使用各地服务器IP地址替换“10.208.6.30”部分即可。第一次设置时，系统会提示无法连接服务器，需要用户对服务器进行登录，并勾选下次自动登录，保存用户名和密码。

（2）报警配置

报警配置包含报警范围、报警要素和报警时间配置。报警范围为单选模式，分为不限范围、圆形范围和地理区域范围三种，用户可以根据实际需求设置相应报警范围，但建议使用地理区域范围报警。报警要素为多选模式，分为雷达回波、雷达特征量和自动站三种，用户可以根据实际需求自主选择，建议全选。报警时间设置是设置一天中某时间段为静音模式，用户根据实际需求自主设置。

（3）阈值设置

阈值设置包括自动站风速和5min、10min、1h、2h、3h、6h、12h、24h雨量阈值设置，如果用户没有特殊需求，建议采用默认数值，如果用户修改阈值数据，要确保阈值大于等于0.1，防止误报。

2.3.3 本地化应用

（1）地理信息本地化

SWAN客户端初始地图显示为云南省地图，各州市、各县区边界线都是同样的线条颜色和粗细度，对云南省和昆明市无任何突出显示。

经过研究，SWAN客户端采用的地理信息图层为ARCGIS的shp格式的图层，图层层数控制和各个图层显示顺序在“map_color.ini”配置文件中设置。通过采取以下措施完成地理信息的本地化：a.通过MAPINFO7.0对tab格式的云南省省界线图元进行修改，使云南省界更改为深色，并通过MAPINFO7.0的通用转换器转换为shp格式图层。b.采取类似上一步的操作，制作tab格式的昆明市界（不包括县界）地图层，更改为深色，转换成shp格式图层待用。c.将云南省界和昆明市界shp格式地图层存放于安装路径下data文件夹内；在“map_color.ini”配置文件中增加地图层数，并增加云南省界和昆明市界地图层为默认显示图层。

通过以上处理步骤，成功将SWAN系统的地理信息本地化。本地化完成后的界面如图1所示。

（2）预警信号和落区预报的本地化

a.落区示意图本地化：

如图2所示，设置SWAN客户端“产品参数配置”，设置标题内容，控制标题、图例、logo的位置；设置地图显示经纬度范围，就得到如图3所示的落区示意图。

b.预警信号和落区预报签发单位的本地化：

安装目录下面有“sortforecast.doc”、“template.doc”和“userinfo.txt”三个文件，分别是落区预报模板、预警信号模板和模板替代部分设置文件。落区预报模板、预警信号模板中签发单位的代码均为$unit$，在“userinfo.txt”文件中把$unit$设置为用户需要的单位即可完成签发单位的本地化。例如“$unit$=昆明市气象局”，那么签发单位将变更为昆明市气象局。如图4所示。

2.4 SWAN产品调用方式

根据SWAN系统产品共享要求和市县两级网络实际情况，采用映射网络驱动器或直接填写服务器远程路径的方法实现市县两级SWAN产品共享和调用。在测试过程中，此方法能够完成产品共享功能，在网络正常情况下不会出现异常情况。

3 SWAN系统产品介绍和省地两级系统产品差异

3.1 SWAN系统产品介绍

按照产品的类型，分为实况产品、分析产品、预报产品和检验产品。总体来说SWAN包括下列产品：

（1）基于雷达基数据的分析产品。包括：多层CAPPI拼图（三维拼图）、组合反射率拼图、回波顶高拼图、垂直积分含水量拼图、一小时降水估测、TREC风场反演。

（2）基于雷达基数据的临近产品。包括：一小时回波外推（6min间隔）、一小时降水预报、基于SCIT的风暴识别和外推、基于TITAN的风暴识别和外推。

（3）基于雷达产品、自动站和常规观测资料的实况分析和报警产品。包括温度和高温报警、雨量和强降水报警、风和大风报警、雾及沙尘和能见度报警、积雪积冰报警、龙卷和冰雹报警、雷达特征量报警、雷达强回波报警、雷电实况。

（4）基于云图的分析产品：对流云识别产品。

（5）实验产品：基于雷达基数据的下击暴流识别、基于雷达基数据的冰雹探测算法。

（6）实验工具：台风路径模拟工具。

（7）检验产品：反射率预报、SCIT风暴追踪、降水预报、降水估测等检验产品。

按照SWAN系统所需基础数据的种类，可分为雷达相关产品、自动站常规观测资料相关产品、Micaps相关产品和雷电相关产品。

（1）雷达相关产品，包括多层CAPPI拼图（三维拼图）、组合反射率拼图、回波顶高拼图、垂直积分含水量拼图、一小时降水估测、TREC风场反演、一小时回波外推（6min间隔）、一小时降水预报、基于SCIT的风暴识别和外推、基于TITAN的风暴识别和外推、雷达特征量报警、雷达强回波报警、基于雷达基数据的下击暴流识别、基于雷达基数据的冰雹探测算法等。

（2）自动站常规观测资料相关产——包括温度和高温报警、雨量和强降水报警、风和大风报警、雾及沙尘和能见度报警、积雪积冰报警等。

（3）Micaps相关产品，包括对流云识别产品等。

（4）雷电相关产品，包括雷电实况。

3.2 省、地两级SWAN系统产品的差异

SWAN系统多数雷达相关产品是根据雷达基数据三维空间的分布情况计算出来的，采用PUP产品同样的色标和分辨率来显示；在多部雷达重叠探测的区域（如图5所示），组合反射率拼图及衍生产品是根据雷达回波垂直方向最强回波投影而来[4]；而地市级SWAN系统只有单站雷达站产品（如图6所示）。在自动站观测资料方面，昆明市拥有近700个区域自动站，实时上传到省局服务器的自动站有400多个。由此造成省、地两级SWAN系统在雷达相关产品、自动站观测资料相关产品上的差异。

（1）空间范围不同。省级SWAN系统拥有7部雷达产品的数据和拼图以及全省范围的大量自动站上传到省局的数据，地市级（昆明）SWAN系统雷达相关产品仅为昆明雷达的探测资料和昆明市范围的自动站数据。

（2）部分区域产品准确率不同。在雷达产品方面，省级SWAN产品在两部雷达探测的重叠区域其准确率在理论上应优于地市级SWAN系统相关产品。

（3）产品及时率不同。省级SWAN产品需要各雷达站上传数据到省局服务器，而地市级直接获取雷达基数据；省级SWAN产品需要各地州上传数据到省局服务器，相比地市级直接获取观测数据，理论上会花更长时间。

（4）产品完整性和观测数据空间密度不同。省级SWAN产品需要7部雷达基数据，实际使用中会偶有某个雷达缺数据的情况。同时，省级SWAN产品拥有的昆明市自动站产品的站数较少。

4 SWAN系统应用经验和体会

SWAN系统产品非常丰富，算法模块比较多，部分产品是以前没有或者很少能够得到的，而且用处也比较大。比如，CotrecWind产品能反演出雷达强回波区风场信息，TITAN产品能做出30min和60min的质心轮廓追踪预报[5]，STM产品能提供质心追踪，CAPPI三维拼图能够提供不同高度雷达回波情况，等等。尽管如此，SWAN系统还有进一步完善和深化本地业务化使用的空间。

（1）省级SWAN系统产品在理论上拥有更高的准确性，在多部雷达探测区域重叠的区域（如大理北部、丽江南部、楚雄中部），建议以使用省级SWAN系统产品为主。在没有多部雷达产品重叠区域，因地市级SWAN系统在自动站观测数量和产品数据及时率两方面都有优势，建议以使用地市级SWAN系统为主。合理拾配使用省、地两级SWAN系统，有助于提高强天气短时临近预报预警能力。

（2）SWAN系统雷达相关产品（基本反射率、组合反射率拼图等）采用PUP产品格式，虽然产品很全、种类多，但产品的最高分辨率只有1km；云南省7部雷达的业务探测半径是150km，距离库长为300m，其产品分辨率还有提高的空间。

（3）SWAN系统雷达相关产品显示色标采用PUP产品色标，昆明市更习惯使用2001年1月中国气象局重点工程项目办公室印发的《新一代天气雷达基本数据格式和显示要求》中规定的色标。SWAN系统客户端提供有色标文件，但本地化此色标文件很复杂，还可以通过优化系统提供更简单的接口。

（4）SWAN系统客户端（1.6版本）的地理信息不够细化。在本地化过程中，发现地理信息中的“线图元”图层（如行政区边界）可以根据需求显示，但是，“点图元”图层（如行政区驻地）却无法按要求添加，造成县（区）气象局的预警发布中地理信息不够明确。

参考文献：

[1]蔡辉，高嵩，沃伟峰，等.基于MICAPS3框架的SWAN客户端平台设计与开发[A].第27届中国气象学会年会雷达技术开发与应用分会场论文集[C].北京：中国气象学会，2010.

[2]崔丽曼.SWAN系统灾害性天气监测模块的二次开发与应用[J].气象与环境科学，2015（2）.

[3]史柯.基于Swan的山洪预警平台的研究与实现[D].成都：成都理工大学，2013.

[4]吴涛，万玉發，沃伟锋，等.SWAN系统中雷达反射率因子质量控制算法及其应用[J].气象科技，2015（5）：809-817.

[5]赵栋，郭煜，寿绍文，等.SWAN系统在一次暴雨天气过程分析中的应用[J].气象科技，2013（2）：326-333.