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天文台的電腦系統及應用

引言

早於一九六八年，香港天文台已開始使用電腦，當時天文台運用政府電腦資料處理部的電腦資源製作氣候概況。隨後，世界氣象組織（WMO）的全球電信系統（GTS）不斷發展，香港與澳門、北京及東京之間相繼建立了地區專用通信電路。天文台有需要購置自己的電腦系統來處理供業務及氣候應用的大量氣象資料。

電腦系統

天文台在一九七三年購置第一套電腦系統 ─“ 萬國商業機器”(IBM)小型電腦系統，並於同年成立電腦部，之後在一九七八年七月，天文台購入兩部“數據通”月蝕型(Eclipse)電腦替換舊有的IBM電腦系統。一九八二年年底，天文台的電腦系統增添了一些工作站、圖示終端機及繪圖機。在一九八九年，舊有的Eclipse電腦系統由一台MV15000型電腦取代。

一九八七年，天文台添置兩台“數據通”MV20000型電腦，以展開多項新計劃，包括自動繪畫天氣圖、通過本地電信網絡自動發送天氣消息、數值天氣預報、風暴潮及海浪模式等。

隨著天文台引進更精細的大氣及海洋模式，對電腦在效能方面的要求亦逐漸提高。有鑑於此，天文台於一九九一年增添兩台RS/6000 540 POWER型號伺服器(server)，以運行這些模式。

一九九四年，天文台購置了由兩台RS/6000 590型伺服器組成的UNIX電腦系統，取代MV20000及MV15000型電腦；一九九五年再添置一台RS/6000 C20型伺服器。隨後數年，先後安裝了多部以UNIX為操作系統的電腦系統，作為前端數據接收伺服器、存儲伺服器、以及用作提供內聯網服務，包括域名服務、網上授時服務及聯網服務。其後，天文台又於一九九七年及一九九八年先後添置一部SGI Power Challenge型電腦及兩部SGI Origin 2000型電腦，用作探測風切變和湍流；再於一九九八年裝設兩部SUN E450伺服器，作臨近預報系統發展及業務運作之用。天文台於一九九九年購入超級電腦克雷(CRAY) SV1用以運行高分辨數值預報模式，提供短期預報方面的指導。

天文台於二零零零年展開伺服器整合計劃，購入一部IBM SP伺服器叢集以取代過時的電腦系統。該系統隨後進行更新，增加了節點的數量，以用作日常氣象數據運算、資料庫運作、測試風切變／湍流算式和處理航機下傳數據。為了發揮叢集的最高效能，這些伺服器節點均可作相互備份和荷載分擔。天文台於二零零三年購入一部IBM p690 Regatta電腦系統以運作臨近預報系統，取代過時的SUN E450伺服器。

天文台總部的所有伺服器均由一個高速以太網絡(ethernet) 樞紐連接；總部以外各辦公室則以異步傳輸形式或幀中繼線路連接總部的電腦系統。至於與海外氣象中心交換數據，以及收集本地氣象觀測網絡數據，則經由專線及綜合業務數字網進行。此外，天文台的氣象資料傳送系統(MINDS)可以通過網絡和傳真機把天氣資料自動發送給公眾和特別用戶。

電腦應用

以下為天文台電腦系統現行的一些應用範圍：

  1. 資料搜集及信息交換：天文台通過全球電信系統取得氣象資料，同時亦負責香港 ─ 東京、香港 ─ 北京及香港 ─ 澳門 這三組地區性專用電路之間的信息交換工作。這些電路分別於一九六九年、一九七五年及一九九九年建立。在過去十數年，這些電路的速度亦不斷提升，以應付日益增加的資料。天文台善用資訊科技，透過互聯網取得海外氣象站提供的數值預報模式產品。除此之外，透過航空固定電信網（AFTN）接收各地機場的天氣報告及預報。這些信息經電腦系統處理成為氣象產品，供預報員在業務運作上使用。電腦系統亦定時接收京士柏高空氣象站科拉(DigiCORA)系統所搜集的高空資料、經氣流剖析儀量度地面以上不同高度的風向和風速以及自動雨量站及自動氣象站的實時數據。

     

  2. 資料處理及發布：天文台的電腦系統定時會對全球電信系統所接收的資料進行譯碼和查核，然後就多個標準氣壓面的資料進行客觀分析，得出網格點數值。電腦系統還會繪製包含多項氣象參數的常規天氣圖，涵蓋觀測、分析及預報數據，並上載至內聯網供預報員使用。這些氣象參數包括輻散、渦度、氣壓變化、氣溫變化及雨量。機場氣象所(AMO)的電腦系統，則製備飛行文件提供飛行高層風力和風向、氣溫及其他飛行所需的資料，予航空公司使用。機場氣象所及天氣預測總部還設有圖示終端機，可供預報員隨時檢索氣象資料、分析結果、編寫天氣稿及發出警告。

     

  3. 熱帶氣旋預報：每當香港負責的範圍有熱帶氣旋集結，天文台須要向船舶發出警告，電腦便會就熱帶氣旋的移動途徑作出客觀預測。當香港發出熱帶氣旋警告信號時，電腦便會利用數值模式繪製潮汐預報圖。

     

  4. 數值模式、臨近預報及統計分析：電腦處理由天文台及其他先進氣象中心研發的數值天氣預報模式產品，計算各項氣象要素的預報值以供預報員參考。天文台的暴雨臨近預報系統運用了氣象雷達及雨量數據，預測在未來一至三小時內每六分鐘的雨量分佈趨勢。在惡劣天氣下，該臨近預報系統除提供雨量預測外，亦會發出一些特別信息，提醒預報員發生山坭傾瀉的可能性。天文台的電腦系統亦為氣象數據作統計分析，估計本港雨量，以及計算大雨、強風、潮水高度、風暴潮、地震等現象的重現期。

     

  5. 自動繪畫天氣圖：電腦會根據區內的地面及高空氣象站所發出的天氣觀測數據自動繪製天氣圖。

     

  6. 互聯網服務：由一九九六年三月開始，公眾可以透過互聯網獲得關於天文台的資訊和實時天氣資料。天文台互聯網網站 (https://www.hko.gov.hk 及 https://www.weather.gov.hk) 提供實時天氣資料、警告及預報。除供普羅市民查閱外，更方便航海界及航空界參考。此外，網站也因應市民的不同需求提地震、天文和潮汐資料、紫外線指數、新聞稿、教育資源和與輻射監測有關的資料及授時服務等。

     

  7. 資料庫及數據儲存：所有經電腦接收的資料均運用磁帶及其他電子媒介儲存。天文台亦運用關連式資料庫來儲存及處理天氣資料，有助天文台人員進行決策、預報運作及研究工作。