计算机在气象中的应用研究
计算机在气象中的应用研究
引言
作为现代气象业务的基础与支撑系统，气象信息的交流主要包含：高级性能计算机交流，现代通信网络，数据存储管理和共享服务等，而作为衡量气象现代化水平重要标志的气象信息交流也是气象信息存储管理，传输，资源共享和计算机处理的基础，它首先关系到气象部门能否为广大用户提供准确及时的气象信息，进而关系到各级政府乃至国民经济建设的顺利发展，所以说气象信息交流驱动着气象业务交流的发展同时也制约着其他系统的发展。
1 气象业务中使用电子计算机的历史
想要把数值气象预报中用到的数学方程组合解开得到结果是件很困难的事。《利用数值方法做天气预报》一书的作者——英国数学家里查逊就在书中讲述了怎样做数值计算。1916年至1918年间，理查逊为得到准确的数据，动用了大量的人力物力尝试进行了第一次数值预报，这次预报计算在许多人用手摇计算的方式总共进本文由论文联盟http://收集整理行了12个月才宣告完成。而想要得到未来24小时的气象预报换算成单人计算，需要日夜不停的算64000天整整175年。而相对于变化莫测的天气来说，想要跟上它的速度就需要有一个64000人同时计算的巨大工厂，这样才可以把24小时以内的气象预报计算出来，这其实就是人的计算跟天气在比赛。虽然这次试验以失败告终，但人们从中得到了有益的启示。
而仅仅在这一著名实验的20年之后，世界上的第一台电子计算机便诞生了。而美国的科学家第一次成功的做出了500百帕天气形势的36小时气象预报，使得数值预报真正的实现，那年是1950年。自此，数值预报引入到实际的气象业务中，更多的国家先后开始使用这种先进的天气预报的办法。在这次世界上第一次成功做出数值气象预报之后的四十多年间，数值预报不断的得以完善，取得了很大的进展。
随着数值解法应用的熟练及日益精确，准确，对大气相关数值描述越来越细致，使得垂直方向能够分解到20至30层，而水平方向更是可以细到20公里。与此同时，预报也更俱精确性和实效性，对未来三日之内的重要的天气变化过程和其相应的剧烈气候变化，诸如大雨，温度下降，大风等都可以做出较准确的预报。
气象资料的传输，手机，处理，模式的预报计算及材料分析，还有预报结果的显示，分发服务等诸多环节组成了数值天气预报。
2 计算机在气象中应用的必要性
作为人类最伟大发明之一的计算机，伴随其诞生的计算机网络对人们的生活和社会的发展产生了越来越大的影响。同时计算机网络不断的将其自身完善和更新，使其功能性更加强大。所以将计算机网络应用到气象业务能使气象部门不断壮大，气象信息不断完善和更新，能更好的服务于气象业和社会的发展。
2.1 计算机网络应用到气象服务中是顺应时代发展的趋势 社会发展离不开科技的进步，同样气象业务的发展也离不开社会的进步。所以气象业务部门要发展就需要引进高科技来改革自己的服务和管理模式同时也要注重自身建设。
2.2 气象业务自身的发展也离不开计算机网络 随着社会的发展和生活质量的提高，人们对气象业务的要求也越来越高，如果气象业务不去创新，只是停留在原来的基础上，那么就无法满足这个社会的发展，所以为了气象业务能更好的存在，只有不断的提升和发展自己。
2.3 需要高科技软件的支撑是气象业务本身的特点决定的 气象业务需要处理大量的数据，并且要求这些数据有较高的精确度和及时的信息反馈，同时这些信息的传递范围要广，而这些要求只有计算机网络中的先进技术才能完成。所以，计算机网络应用到气象业务部门是非常有必要的。
3 计算机的使用是气象信息交流的需求
作为国家空间基础信息重要组成部门的气象信息也是国家基础性，战略性信息资源，它支撑着我国现代化建设进程中重大国际国内问题的决策。如：社会的可持续发展、气候的变化和预测，天气的预报等国家重大项目发展也都需要气象信息的支撑。
3.1 气象信息的收集和传输能力需求 在气象信息的传输能力和收集方面，气象业务未来的发展特点是：计算机网络支撑着全国气象业务各个部门之间的联系，气象信息对完善气象资料手机网络有重大影响，它包括：风廓线控测资料、闪电定位探测资料、新一代多普勒天气雷达资料，卫星资料、gps/met观测资料、自动站时空加密观测资料、气候交流观测所需的多圈层其他资料等等，随着计算机网络对这些资料的不断研发和探究，会产生更多的预测，预报产品同时会对计算机网络的要求越来越高，新一代电视天气会商也要求计算机网络的支持。所以说计算机信息加工平台既连接着外服务的各类对象也连接着本机气象信息加工预测交流网，因此计算机宽带网络支撑着气象专用频道的电视节目制作与传递。
3.2 气象信息处理加工能力需求 气象信息的加工处理需求主要是指高性能计算机网络在空气质量、水文、海洋、气象等方面研究及应用。随着研究模式和研究方法的不断改进，对这些方面的精确度和时空分辨率不断的得到提高，信息预报的时效也不断的延长，集合作业的不断发展和各种作业的不断增多，对计算机网络的要求越来越高，预计到2010年，在气象业务部门，高性能计算机需求为峰值性能200tflops（200）万亿次浮点运算（秒）以上。
3.3 气象数据的存储管理与共享需求 随着气象观测系统的不断完善和更新，产生了越来越多的气象数据，而这些气象数据推动着预报，预测能力的增强，进而产生更多的预报预测产品，气象信息需要运用到各行各业中，而这些需求对气象数据的存储管理和共享又有了更高更新的要求。
4 国内气象信息系统的现状
气象行业收集了大量的气象信息，并对这些信息进行加工处理，分发和存档，而这些气象信息需要运用到气象部门的各行各业中去。自20世纪90年代以来，靠高性能计算机网络支撑的气象信息系统已取得了巨大的成功，并且形成了一套完善的气象信息交流系统。
4.1 气象卫星信息 气象卫星综合应用业务（9210工程）的应用大大提高了国内气象通信传输能力，它建立了覆盖全国市以上的高数据广播网和覆盖全国地市级以上的双向通信网的zsat卫星通信技术。初步建成了由自动磁带领域和大容量磁带限制的气象信息的存储系统，使国家主要网络系统建设初具规模。本文由论文联盟http://收集整理
4.2 气象资料系统 作为我国基础气象业务的气象资料管理业备受关注，它在对资料的收集，加工处理，存储服务等方面也越来越标准化，现代化和规范化。越来越多的历史资料已经录入到计算机中，得到有效的管理和利用，而主要的气象资料也已经进入了这样的数据库，方便了用户的查阅和利用，这样大量标准和规范化的数据就保障了气象信息资料的完整性和准确性以及安全性。
4.3 数据库管理信息 商用数据库的管理系统已经被广泛的应用到国家级和省级气象业务部门，并且形成了以数据为中心的业务编程。现代化的信息交流和发布广泛应用因特网技术，而因特网技术下的专网政务信息系统已经覆盖了大部分的省市县，这些技术也开始被专业的技术和管理人员所利用。
5 气象信息系统的发展趋势
信息技术，作为当代发展最快的技术之一，它的快速发展为气象信息系统发展打下了良好的技术基础。
5.1 通信和网络技术
5.1.1 地面通信 国内大部分的电信运营商已经开始采用密集波分复用技术来创建新一代的信息互联网，它是把光缆骨干网从格状网变成环状网，这样环状网利用新一代的网络传输设备让一对光纤的传输容量达到1600gbps。这个环状网每一处所发生的故障都可以自动修复。
5.1.2 网络技术 高速局域（城域网）技术的发展体现在以太网的交换和异步传输模式（atm）多层交流等方面。以太网又分为千兆以太网和万兆以太网，而万兆以太网的运营模式是通过单模光纤或者多模光纤以千兆以太网十倍的速度传输，这种atm技术的使用，让用户能更好的利用无限扩大的网络，进行多层次的技术交流，也可用于千兆位网的交换。
在互动电视盒虚拟现实，视频点播系统，远程教育和清晰度高的视像会议上都体现了宽带网络所发挥的巨大作用。
5.1.3 移动通信技术 随着科技的发展，移动互联时代正在以一种全新的方式到来，无线技术除了光线通信技术之外，还出现了备受人们关注的具有代表性的无线局域网（wlan）它是通过分组无线业务（gprs）码分多址，基于家庭射频，等无线通信技术来完成的。根据移动通信服务的原则，移动通信网将为更多的领域服务，同样也为观测系统资料提供了很好的通信手段。
5.2 高性能计算机技术 微电子，体系结构和系统软件的共同进步将支撑着高性能计算机系统综合性能的发展和提高。未来几年，一方面新技术计算机有可能会出现在某些高科技的领域，并且机体将会在分布式内存和共享内存这两个层次上得到不同程度的提高。在未来，这种新技术的计算机能够接受多种编程模式。另一方面传统的cpu芯片的性能也会随着主频的提高和集成电路不断完善和更新。这些系统软件上的进步将会大大促进应用软件的开发。
6 总结
目前我国计算机的发展现况还不止这样，还将在以下几个方面得到更好的发挥和利用。
6.1 运行监控系统方面：①信息系统安全监控；②通信网络运行监控；③计算机应用系统运行监控；④综合监控平台。
6.2 国家级气象业务异地定备份系统方面。
6.3 通信网络方面：①局域网交流和应用；②广播通信网的应用；③资料的收集；④建成全国宽带主干网；⑤国家气象信息交流网。
6.4 国家级高科技计算机环境方面：高性能计算机网络的建成和国家高性能计算机中心的形成。
6.5 数据的共享和存储检测。高性能计算机将在气象服务行业发挥越来越重要的作用。转贴于论文联盟
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