中国科学家在美访问工作报告（四）
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报 告 人：梁海河
NEXRAD数据传输应用情况调研和CINRAD数据传输考虑的汇报
为适应新技术的发展和用户需求的增加，NEXRAD探测网近年实施了大规模升级改造，随之雷达探测数据传输网络和传输状况发生了较大变化。研究
NEXRAD的数据传输状况，可为CINRAD的发展提供借鉴。
1. 基数据(Level II Data)传输
2002年，雷达业务中心(ROC)协同强风暴实验室(NSSL)，国家气候数据中心(NCDC)，俄克拉何马大学(OU)实施了"综合雷达采集外场试
验(CRAFT)"。该试验给出了雷达数据实时数据压缩、传输、归档和应用的原形(Prototype)，开展了不同类型的通信网的雷达数据试验和方案
论证，并确立了雷达数据传输网络结构和模式(附图1，来自ROC)。在2004秋季，ROC已将121部气象局(NWS)和3部国防部(DOD)所属雷
达的基本数据实时地传输到了国家气候数据中心(NCDC) 、国家环境预报中心(NCEP)，以及22所大学、8个研究实验室和其它商业机构。2005
年，ROC将完成另外8部DOD雷达的基本数据传输任务。网络原型的主要指标为:
a. 数据准实时: <60秒 (From radar site to customer)
b. Data Availability: >95%
c. 维护服务: 经济高效
d. 信息技术: 安全稳定
e. 结构，带宽，服务器: 附图1
f. 协议: TCP/IP， Internet2 (http://abilene.internet2.edu)
2. 产品数据(Level III Data)传输
对于NWS的天气预报机构(WFO)，仍然传输雷达气象产品数据(Level III)。产品数据由雷达站到达本地WFO后，通过NWS租用电信部门线
路NWSNet，分布到四个区域中心(西部、中部、南部和东部)(见图1)。NWS的天气信息处理系统(AWIPS)、国家气候数据中心
(NCDC)、PUP/OPUP、其他政府部门和商业用户，以及航空管理局和机场的的ITWS， MIAWS，WARP(见图2，来自ROC)等系统，
通过RPG接入雷达产品数据。
3. 雷达拼图
NWS的拼图系统仍然使用产品数据(Level III Data，3km CAPPI)进行业务拼图，未来将采用基数据产品(Level III)进
行拼图。目前正处于三维雷达拼图的研究开发阶段，有可能向该方向发展(设想2010-2015年)。
NOAA和NWS的拼图系统是比较单调的。相对地，商业公司或公益机构提供了较好的雷达拼图产品，如降水强度拼图、拼图与卫星云图叠加等，并由此导出了
许多气象服务产品，如旅游路线建议和景点天气预告、飞机飞行路线设计等。
4. 应用与发展
国家气候数据中心(NCDC)负责产品和基本数据的收集、记录、归档和服务。(http://www.ncdc.noaa.gov/oa/
ncdc.html)
国家环境预报中心(NCEP)的数值天气预报模式已做到了足够小的分辨率，已将雷达基数据产品引入了模式的物理过程。
风暴分析和预报中心(CAPS)和航空天气中心(AWC)将使用高分辨率准实时区域或全国雷达拼图提高业务改进产品的能力。
NEXRAD 信息分发系统(NIDS)将增加政府关于向更大范围用户提供WSR-88D准实时产品和基数据服务的灵活性。NWS鼓励商业用户使用雷达
基本数据。
5. CINRAD数据传输考虑
由于NEXRAD现时处于试验改造阶段，雷达数据传输采用了基数据和产品数据同时传输的情况，并有可能在较长时期保持这种状态。基数据传输有利于促进科
学研究和技术开发，产品传输基本可以满足现时预报员使用。
NEXRAD的研发主要依托大学和研究所，CINRAD在这方面还有待进一步的协作。与NEXRAD不同，我国各省业务部门和科研所是CINRAD研发
的重要力量，因此在CMA内部对CINRAD基本数据的传输具有更大的需求。
图3，作者给出了可供CINRAD参考的分布式业务模式。该模式中数据传输采用两种方案:在雷达站网与基数据区域服务器之间采用主动发送方式，在基数据
区域服务器与远程用户之间采用"服务请求"方式。基数据服务器从RDA获取基数据向本地RPG分发，并承担RPG与RDA的通信任务。本地数据管理系统
(LDM)负责数据管理和归档，并将基数据压缩后由雷达站本地网向上传输至气象业务主通信网，到基数据区域服务器。远程业务网中的LDM根据RPG的用
户请求，从区域服务器提取数据(包括供拼图用基数据产品)，解压缩后传输至服务器供远程RPG使用。
LDM的另一重要功能是从基数据服务器中提取供高精度拼图用的基于基数据的数据产品，并上传至区域服务器。
表1，作者给出了CINRAD全网(以120部雷达计)由雷达站网向气象业务主干网传输雷达基数据试验的结果。数据压缩方法采用通用压缩软件
BZIP2，统计表明雷达基数据的平均压缩率约为1/10(晴空时缩率约为16:1，降水时约为6:1)。表1将准(非)实时数据传输间隔分为1、3和
5个体积扫描间隔，基数据区域服务器分为1个(国家中心)、8个(区域中心)和30个(省)三种配置。实际上，区域基数据服务器的数量和通信带宽，可根
据实际需要并同时考虑远程业务网RPG用户对数据的需求状况进行配置。
为避免远程用户对基数据的重复调用而增加通信负荷，在远程业务网的服务器上建立数据"缓冲区"，由LDM负责"缓冲区"管理和数据协调调度。
多普勒天气雷达的一个体积扫描的数据量为10兆字节左右，如果从中提取出供拼图用的基本数据产品，并加以压缩后仅有1-2K的数据量，甚至小于目前用于
拼图的图像产品的数据量。因此，即使在当前VSAT传输条件下，采用基本数据进行拼图的业务方案也是有效可行的。这样可大大提高全国或区域拼图产品的时
间、空间分辨率。
6. 未来发展考虑
如果雷达数据采样技术提高(如径向分辩250M，水平分辨率0.5度)，雷达基数据量将是现在数据量的几倍。对于双线偏振雷达，还需增加4个偏振参量，
数据量将再翻倍增加。
因此，CINRAD的通信带宽问题，需要结合技术、经费和未来发展综合考虑。