所有的發(fā)達(dá)國(guó)家都有自己的一套用來(lái)演算天氣情況的模式系統(tǒng)，有的國(guó)家甚至還具有不止一套的系統(tǒng)。模式系統(tǒng)一般每天計(jì)算2～4次，通常在整點(diǎn)開始，利用整點(diǎn)前采集到的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，每次計(jì)算要生成大概幾百個(gè)物理量，包括從開始計(jì)算的時(shí)刻(又稱作“起報(bào)時(shí)刻”)至未來(lái)240小時(shí)時(shí)效(或更長(zhǎng))的一系列二進(jìn)制網(wǎng)格數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)時(shí)效通常間隔3小時(shí)。目前氣象網(wǎng)格經(jīng)緯度間距一般在0.25度數(shù)量級(jí)，一個(gè)網(wǎng)格文件大小通常在1～2兆，包含幾十萬(wàn)個(gè)浮點(diǎn)數(shù)值。
當(dāng)模式的預(yù)報(bào)時(shí)效越長(zhǎng)，時(shí)效間隔越密，網(wǎng)格點(diǎn)間距越小，網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)值和未來(lái)實(shí)況差異越小，就證明該模式系統(tǒng)性能越好，該國(guó)氣象水平越發(fā)達(dá)。由于模式預(yù)測(cè)的物理量多，每天還要多次起報(bào)，預(yù)報(bào)時(shí)效密集，模式種類繁多，模式數(shù)據(jù)必須至少存儲(chǔ)一星期等要求，因此，在氣象數(shù)據(jù)中，無(wú)論從數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)還是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量來(lái)說(shuō)，模式數(shù)據(jù)是比重最大的“大數(shù)據(jù)”。
和實(shí)況數(shù)據(jù)不同的是，具備模式系統(tǒng)的國(guó)家通常沒有義務(wù)向其他國(guó)家無(wú)償提供本國(guó)的模式數(shù)據(jù)，或者最多無(wú)償提供經(jīng)過(guò)抽稀處理的粗粒度模式數(shù)據(jù)。想要得到發(fā)達(dá)國(guó)家的高質(zhì)量模式數(shù)據(jù)，必須通過(guò)購(gòu)買才可以。例如想要得到歐洲中心的0.125度細(xì)網(wǎng)格模式數(shù)據(jù)，無(wú)論中國(guó)氣象局還是美國(guó)氣象局都必須向歐洲中心支付高昂的年費(fèi)，才能每天獲得高質(zhì)量的歐洲中心模式數(shù)據(jù)。
需要注意的是，這里購(gòu)買的僅僅是模式系統(tǒng)最終的“輸出”數(shù)據(jù)，而不是模式系統(tǒng)本身。因?yàn)槟Ｊ较到y(tǒng)水平的好壞代表了一個(gè)國(guó)家氣象的硬實(shí)力，模式系統(tǒng)的源代碼(通常是大量的Fortran程序)更是頂級(jí)領(lǐng)域技術(shù)機(jī)密，屬于非賣品。
跨國(guó)模式數(shù)據(jù)也是利用FTP等方式進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)母袷揭话闶遣捎檬澜鐨庀蠼M織制定的一種稱作GRIB編碼的文件規(guī)范，這種文件比較適合描述模式數(shù)據(jù)。
氣象數(shù)據(jù)如何傳輸
看完“實(shí)況數(shù)據(jù)”和“模式數(shù)據(jù)”的介紹，有沒有覺得氣象數(shù)據(jù)量大浩如煙海，這么多的數(shù)據(jù)都要一一傳送到預(yù)報(bào)員手里，又需要多長(zhǎng)時(shí)間呢?一般來(lái)說(shuō)，地面、高空、雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集和傳輸過(guò)程較快，從數(shù)據(jù)采集到可視化向預(yù)報(bào)員展示，通常幾分鐘時(shí)間就可以完成。也就是說(shuō)，如果某地出現(xiàn)降雨天氣，只要儀器能觀測(cè)到，幾分鐘后位于氣象臺(tái)的預(yù)報(bào)員就會(huì)知道。
相對(duì)而言，靜止氣象衛(wèi)星觀測(cè)的時(shí)間稍長(zhǎng)，中國(guó)的風(fēng)云衛(wèi)星一般需要20多分鐘才能完成全球掃描，大概半小時(shí)后，預(yù)報(bào)員才能在電腦上看到衛(wèi)星云圖。
這里面模式數(shù)據(jù)傳輸最慢。以上午08時(shí)起報(bào)的歐洲中心模式系統(tǒng)為例，首先計(jì)算未來(lái)3小時(shí)(上午11時(shí))的所有物理量，打包為1個(gè)GRIB文件并向其他國(guó)家傳輸，然后再計(jì)算未來(lái)6小時(shí)的數(shù)據(jù)，打包傳輸，直到最后完成10天后上午08時(shí)的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算并傳輸，每個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效的GRIB文件大概100多兆，計(jì)算一個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效大概需要幾分鐘時(shí)間，模式系統(tǒng)啟動(dòng)也需要很長(zhǎng)時(shí)間，這樣北京收到歐洲中心在早08時(shí)起報(bào)的第1個(gè)GRIB文件大概要到下午1時(shí)45分，完成最后一個(gè)240小時(shí)預(yù)報(bào)時(shí)效GRIB文件的接收要到下午3時(shí)。這樣，如果要做早08時(shí)到下午3時(shí)的天氣預(yù)報(bào)，只能使用前1個(gè)起報(bào)時(shí)刻的模式數(shù)據(jù)，比如前一天晚20時(shí)的模式數(shù)據(jù)。
在我國(guó)，國(guó)家氣象信息中心通信臺(tái)承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸和分發(fā)的樞紐作用。接收的數(shù)據(jù)包含來(lái)自各省的地面、高空、雷達(dá)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、中國(guó)模式系統(tǒng)輸出結(jié)果的數(shù)據(jù)以及其他國(guó)家的觀測(cè)數(shù)據(jù)和模式數(shù)據(jù)。同時(shí)，還承擔(dān)數(shù)據(jù)的發(fā)送功能，每天將各種觀測(cè)數(shù)據(jù)和模式數(shù)據(jù)通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)或通信衛(wèi)星收發(fā)系統(tǒng)傳送給31個(gè)省市區(qū)氣象臺(tái)和其他國(guó)家。
省一級(jí)的氣象臺(tái)只負(fù)責(zé)將本省的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至國(guó)家氣象信息中心，不進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的傳送，同時(shí)接收來(lái)自國(guó)家氣象信息中心分發(fā)的其他省的數(shù)據(jù)或各國(guó)模式系統(tǒng)數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，由于國(guó)家到省級(jí)的網(wǎng)絡(luò)傳輸需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此，國(guó)家級(jí)預(yù)報(bào)員在時(shí)間上將先于省級(jí)預(yù)報(bào)員查看到最新的氣象數(shù)據(jù)。
預(yù)報(bào)員如何接收氣象數(shù)據(jù)
解釋完了數(shù)據(jù)是怎么進(jìn)行傳輸和接收的，最后一個(gè)問題，一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)又是如何出現(xiàn)在預(yù)報(bào)員的計(jì)算機(jī)中?這其實(shí)是一套先進(jìn)、復(fù)雜的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)到達(dá)通信臺(tái)后，首先兵分兩路，地面、高空站點(diǎn)實(shí)況報(bào)文數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)至解報(bào)計(jì)算機(jī)，完成對(duì)于BUFR編碼的解碼，提取出報(bào)文中的站號(hào)、物理量值等信息，寫入一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中作為緩存，然后通過(guò)每隔幾分鐘的定時(shí)作業(yè)，將同一觀測(cè)時(shí)刻全部站點(diǎn)的物理量信息從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出來(lái)，制作為一個(gè)全國(guó)全部站點(diǎn)觀測(cè)文件，寫入到一個(gè)專供預(yù)報(bào)員客戶端軟件訪問的高速存儲(chǔ)服務(wù)器中。