MICAPS

1995年以來，中國氣象局北京城市氣象研究所研究員譚曉光負責氣象信息綜合分析處理系統（MICAPS）（第一版）的開發研究，擔任開發組的副組長。他設計的綜合圖功能成倍地加快了氣象數據檢索速度，成為預報員最經常使用的一個數據檢索和開發應用的重要手段。2001年～2003年譚曉光主持並完成了MICAPS（第二版）的開發工作，2003年12月22日MICAPS第二版的正式版已下發全國氣象部門使用； 2004年12月24日MICAPS英文版通過驗收，向孟加拉國等國提供援助或出口。根據業務應用中的實際情況以及不斷吸收的意見和建議，MICAPS的維護和第三版的也已投入業務運行。

2013年6月為了滿足不斷發展的業務需求，中國氣象局正式啟動了新一代MICAPS研發工作，將開發出更具使用效率的MICAPS4.0。 MICAPS4.0建設是中國氣象業務現代化建設的重點任務，是現代天氣業務的基礎性、關鍵性工作。MICAPS4.0版本將能大幅改進系統性能，提高工作效率。科研人員綜合利用快速多維數據處理技術、高性能氣象數據可視化與渲染方法、多線程併發IO與流水線指令管理、客戶端與緩衝及時空匹配等技術進行改進。改版后的MICAPS4.0將能夠體現對預報員應用的智能化支持，針對海量數據實現智能化分析、智能化預報提醒、智能化的信息關聯，同時還可實現產品生成、檢索應用和協同工作等多方面的高效靈活。

截止2014年9月MICAPS4的基本框架已開發完成，進入到了業務功能開發階段，2014年年底將在中央氣象台和部分試點省（自治區、直轄市）氣象局進行測試應用，現代化、精細化、專業化、智能化正是MICAPS4的亮點。

預報的現代化

MICAPS能夠在可視化的界面上，實現各種天氣實況和預報資料的快速顯示和人機交互分析，作為預報員分析天氣形勢、製作天氣預報產品並進行氣象信息發布的業務平台。MICAPS4是MICAPS系列的最新版本，其現代化體現在憑藉最新的網際網路技術，綜合應用氣象預報技術發展成果，如數值預報技術、集合預報技術等，協助預報員進行天氣分析和預報製作。以往，天氣預報主要依賴於預報員的經驗和主觀判斷。隨著高解析度數值預報技術和集合預報技術的發展，預報員的價值逐漸體現在對數值預報模式結論的改進和修訂等方面。以往我們獲取的多是單點或落區預報產品，而現在則更趨向於高解析度格點化預報產品。MICAPS4對於格點化、概率化預報的支持正是它最為核心的應用功能。天氣預報是真正的大數據業務。2000年前後，中央氣象台每天的數據更新量大概是100多MB，而現在僅T639集合預報產品的日更新量就有30GB，全部資料日更新量接近200GB。要想支持高解析度數值預報以及集合預報產品的應用，MICAPS4就需要高效處理呈數量級增長的氣象資料。為了快速處理劇增的資料，MICAPS4應用了最新的網際網路技術，如使用擁有上百萬個計算單元的圖形處理器代替只有幾十個計算單元的中央處理器；將原本存儲在一台機器中的數據分散存儲於多台機器中，加快數據分析處理的速度，使圖形顯示方式一目了然，幫助預報員高效瀏覽氣象資料。

預報智能化

與前幾個版本相比，MICAPS4在智能化方面更勝一籌。MICAPS4除了繼續發展各類等值線、剖面、時序等傳統分析外，還能夠識別出各種形勢場，如槽線、脊線等。值得一提的是，它還能夠將預報員的經驗和智慧吸納其中。通過長期的預報實踐，每位資深預報員都會形成一定的概念模型，這也是他們進行預報的依據。所謂MICAPS4的智能化，就是將預報員“久經考驗”的概念模型運用其中，部分取代人工分析。研發人員把預報員的思想引入到MICAPS4之中，使一個預報員的智慧能夠為更多的預報員所用。此外，天氣現象雖然瞬息萬變，但仍會在不同的時空里部分重演著過去的“故事”。MICAPS4力求能夠及時地提示預報員，找出與當下天氣形勢類似的某一天或某一段時間。這對於預報而言是非常重要的。

數據分析

MICAPS4的專業化和精細化主要體現在對數據處理、分析和顯示等方面。以往，我們看到的雷達回波圖是平面化的，而實際上，雷達觀測過程中的仰角和方位是不斷變換的。與此前的版本不同，MICAPS4可以顯示出雷達圖的‘三維’特質，讓預報員獲得更立體的感受。此外，MICAPS4還能夠幫助預報員看到雷達圖的剖面結構，最大限度地利用氣象信息。這可以作為預報員進行天氣預報特別是短時臨近預報的得力助手，也是MICAPS4能夠幫助預報員進行專業化數據分析的例證。MICAPS4的專業化還體現在對數據的深入分析上，能夠針對不同的預報產品提供更具針對性的數據分析和預報製作方式。 MICAPS4的精細化是指能夠支持更高解析度的天氣實況以及預報資料，提供更加豐富多樣的數據表現形式。傳統的風場可能只用一個風向桿表現，而MICAPS4的風場將會帶上不同的顏色，並以顏色的深淺和明暗代表風力的大小。 MICAPS4的精細化還體現在預報製作的方式上：支持預報員製作時空解析度更高的預報產品；支持對更多的天氣要素進行預報；既可以方便地製作更多的站點預報產品，也可以快速製作高解析度格點化預報產品。未來，MICAPS4研究團隊將會更深入地開發其‘四化’功能，使該系統更加完善，向著更加方便應用的方向發展。例如，讓數據處理更加層次清晰、結構合理，實現產品生成、檢索應用等多種功能，設計符合預報員使用習慣的便捷方式，使操作和編輯更加便捷等。

MICAPS4歷經3年潛心研製，今日磨礪出鋒。2016年5月20日，來自清華大學，中國氣象局信息化辦公室等單位的多位信息技術專家、首席預報員對MICAPS4.0(以下簡稱M4)進行定版評審。專家們對M4在開放式框架、氣象大數據處理、可視化交互、智能化分析等方面取得的成果表示肯定。通過將先進信息技術與現代天氣預報技術緊密結合，M4首次集成集合預報、格點預報等業務功能，提升氣象數據訪問應用能力；綜合應用大數據、GPU計算和圖形圖像技術，提高對高分辨、多維度、多時相氣象數據的應用能力，建立了先進、高效、智能、便捷、開放的現代天氣業務預報平台，對現代天氣預報業務提供較好的支撐。M4是一個讓人驚喜的系統平台，正在逐步具備智能化的功能特點，通過對用戶操作行為習慣進行收集分析，發揮系統的“感測器”作用，可以更好地改進和支持系統的不斷完善。M4版本的開發是一次質的飛躍，在技術上具有前瞻性，在業務應用上具有便利性和可操作性，極大考慮了預報員的使用習慣，這是對國家氣象中心乃至全國天氣預報業務的技術支撐和促進，十分有必要做好關鍵用戶和普通用戶的培訓示範，開展更加深入和廣泛的應用。M4版本功能足以支撐目前各業務台室的需求，此次M4的開發和推廣試用是具有里程碑意義的，其開發過程充分體現了集約化發展、以需求為導向的供給側服務觀念以及“外腦”合作等氣象現代化建設理念。下一步的重點工作，即提升供給側預報服務能力，記錄和分析用戶行為習慣，以智慧氣象的戰略思維進行系統和平台開發。

MICAPS4.0，即現代化人機交互氣象信息處理和天氣預報製作系統的第四代，於2016年5月30日在全國氣象部門正式業務化。與其配套的基於CIMISS的MICAPS4分散式數據存儲系統年內也將分批次被推廣。MICAPS4.0把握預報員對業務系統的“穩定”和“快”的需求“痛點”，將先進信息技術與現代天氣預報技術緊密結合，首次集成集合預報、格點預報等業務功能，提升氣象數據訪問應用能力；綜合應用大數據、GPU計算和圖形圖像技術，提高對高分辨、多維度、多時相氣象數據的應用能力，建立了先進、高效、智能、便捷、開放的現代天氣業務預報平台，對現代天氣預報業務提供了較好的支撐。此次MICAPS4.0的開發和推廣使用具有里程碑意義，其開發過程充分體現了集約化發展、以需求為導向的供給側服務觀念以及“外腦”合作等氣象現代化建設理念。下一步，國家氣象中心相關團隊將提升供給側預報服務能力，記錄和分析用戶行為習慣，以智慧氣象的戰略思維進行系統和平台開發。