“星光含水，雨将临”。自古以来，人类观云识天，对天空、大气探索的脚步从未停止。随着气象现代化建设的不断发展，人类在感知天气方面取得了长足进步。其中，天气雷达以其覆盖范围大、观测频次高、反映大气情况更加真实等特点，在气象观测、物联网感知世界中立于不可替代的地位。

天气雷达，是监测和预警强对流天气的主要工具。它通过发射一系列脉冲电磁波，利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射和吸收，可以感知到降水的空间分布和演变，并以此警戒、跟踪降水系统，因此在天气预报、防灾减灾等方面发挥至关重要作用。气象灾害特别是强天气，对经济建设和人民生活造成的损害和影响十分巨大，而天气雷达在强天气监测与预警中发挥着不可替代的作用，但由于天气雷达拥有海量的实时数据量、受众多因素影响造成数据质量不高、展现形式较为单一等特点，因此给天气分析、业务应用带来诸多不便。

由中国气象局气象探测中心与北京华泰德丰技术有限公司合力建设的“天衍”系统为解决上述问题破题。“天衍”有效提升了海量数据实时处理能力，解决了数据质控问题，弥补了基于B/S（Browser/Server,浏览器/服务器模式）三维数据可视化展示的不足。“天衍”所提供的雷达分析产品，在公共气象服务领域与公众生活的黏合度更高，更便于公众获取并理解，从而及时掌握天气情况；在气象专业领域，则可以为数值模式资料同化提供更高质量数据支撑。

天气雷达，是监测和预警强对流天气的主要工具。它通过发射一系列脉冲电磁波，利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射和吸收，可以感知到降水的空间分布和演变，并以此警戒、跟踪降水系统，因此在天气预报、防灾减灾等方面发挥至关重要作用。气象灾害特别是强天气，对经济建设和人民生活造成的损害和影响十分巨大，而天气雷达在强天气监测与预警中发挥着不可替代的作用，但由于天气雷达拥有海量的实时数据量、受众多因素影响造成数据质量不高、展现形式较为单一等特点，因此给天气分析、业务应用带来诸多不便。

由中国气象局气象探测中心与北京华泰德丰技术有限公司合力建设的“天衍”系统为解决上述问题破题。“天衍”有效提升了海量数据实时处理能力，解决了数据质控问题，弥补了基于B/S（Browser/Server,浏览器/服务器模式）三维数据可视化展示的不足。“天衍”所提供的雷达分析产品，在公共气象服务领域与公众生活的黏合度更高，更便于公众获取并理解，从而及时掌握天气情况；在气象专业领域，则可以为数值模式资料同化提供更高质量数据支撑。

雷达分析 准确预测

“天衍”雷达产品目前已集成独有算法，通过7 道数据质量控制工序，可以实时生成天气雷达全网三维格点数据，且水平和垂直分辨率达到1公里、时间分辨率为10 分钟。此外，该产品还可实现从海平面至高空12公里，每隔500米或1000米进行断面分析。在数据产品的分析、应用方面，能形成以要素为导向的数据集成， 融合了更多观测资料， 便于进行质量检验和数据分析。

“天衍”最大化地满足了预报分析、资料同化等不同需求。由于产品具有三维特点，在组网时间、空间结构等方面更具优势，信息量也更为丰富，预报员通过它可以直观了解雨带位置、强降雨落区等监测实况，更为方便、快捷、智能，提升了汛期天气预报分析工作的“ 可视化”程度。从所见范围来看，以往分析某一部天气雷达的资料只能了解某一地区的天气实况，而通过“天衍”雷达拼图产品，预报员可了解全国范围内的天气状况，并可利用“ 二次产品”分析局地回波高度、反射率强度及大气垂直结构，判断短时雨强以及雷暴大风、冰雹、龙卷风等强对流天气。

“天衍”目前支持全国各省、市、县气象业务运行，自2017年7月上线业务化运行以来，气象内网总访问量破千万，日最高访问达到20万余次。该系统在多次台风登录分析中，发挥至关重要的作用。2017年8月23日，1713号台风“天鸽”来袭，通过“天衍”分析，预报员获得了不同高度层以及指定剖面的回波顶部较高、台风眼区结构清晰等状况，同时知晓外围螺旋雨带特征明显、对流旺盛等情况。

此外，“天衍”还可以更清晰、明了地观测出台风的运动变化情况，明确地分析出台风运动轨迹，从而更好地掌握其发展动态，做好应对策略，为防灾减灾提供更加有力支撑。

海量数据 革新展示

目前，全网天气雷达设备每天大约生成100多万个单站小文件与数十万的拼图产品，文件管理十分困难。“天衍”通过一种基于分布式文件存储的数据库系统，对TB级文件规模依然可以实现秒删，而且查询性能很好；在高负载情况下，通过动态添加节点，达到既节约资源，又能保证服务器性能的效果。

“天衍”可以对雷达格点进行实时处理。假设某时间点共有24层高度(500米-8000米的高度间隔为500米,8000-16000米的高度间隔为1000米)的数据集，每一层的格点样本规模为6200x4200 个，约合6亿多格点数据的处理、存储，在几分钟之内完成具有一定的操作难度。而 “天衍”通过采用基于列的数据库系统应用，有效解决上面应用场景中的困难。目前，从数据样本提取出产品代码、时间、经纬度、反射率等信息进行存储，单台性能约为50~60万行/秒，每一层的反射率格点数据进行筛选后，可以在10秒内完成储存。

天气雷达产品数据目前已拥有三维数据可视化展示的相关软件应用，但均为基于C/S（Client/Server，客户/服务器模式）架构的系统软件，在安装、升级、使用时，较为复杂、繁琐。“天衍”针对数据可视化展示进行技术革新，采用全新的三维数据可视化展示技术，把JavaScript和OpenGL技术相结合，为浏览器提供硬件3D加速渲染，同时还创建复杂的导航和数据视觉化，实现了B/S架构下的三维数据展示，并进行统一部署，行程有效的多级使用、丰富数据可视化展示手段。同时，“天衍”还支持在我国地图任意位置通过画线、画框的方式进行选择，显示区域内垂直剖面、分层等产品信息，通过便捷水平、旋转移动剖面位置，进行大气图形化分析及与用户交互。

应用领域广阔

随着移动互联网发展，用户对天气产品的需求日益上升，“天衍”雷达产品将陆续出现在相关网站、手机APP 中，公众可以便捷地获取所在位置的天气雷达拼图，通过有效的数据可视化手段，不仅能清晰了解是否有雷达回波向自己靠近，还可以了解到更多通俗易懂、贴近生活的知识，包括强降雨、冰雹、雷暴、大风等在内的灾害性强对流天气运动趋势、轨迹等情况，提前做好预防措施，对制定出行计划等起到重要参考作用。

未来，“天衍”系统基于天气过程、天气系统的识别、分析、诊断、预测会有更深远的前景。随着其在能源、交通、环保、电力等与气象息息相关的行业中应用，“天衍”系统也会陆续得到大幅度优化。而气象监测与分析，将会在各种相关技术的不断融合下更加准确，从而更好地造福人类。