世界氣象日，黑(hēi)龍江省氣象台的(de)工作人(rén)員(yuán)在向小朋友們介紹最新的(de)氣象科技知識。光(guāng)明(míng)圖片/視覺中國

 

　　最近一段時(shí)間，各地頻(pín)現短時(shí)強降水(shuǐ)、冰雹、龍卷風、雷雨(yǔ)大(dà)風等強對(duì)流天氣。強對(duì)流天氣曆時(shí)短、氣流劇烈、破壞性強，這(zhè)些特點使強對(duì)流天氣預報仍是一道世界性的(de)難題。不過，基于人(rén)工智能技術的(de)網格預報，有望幫助氣象部門解決這(zhè)一難題。本期我們特邀國家氣象中心天氣預報室主任宗志平、國家氣象中心預報系統開放實驗室主任薛峰來(lái)詳細解讀我國氣象部門已經開始使用(yòng)的(de)智能網格氣象預報。

　　人(rén)們對(duì)天氣預報的(de)需求越來(lái)越精細

　　天氣預報的(de)發展，經曆了(le)從定性預報、描述性預報向數字化(huà)、網格化(huà)預報的(de)過程。比如，我國氣象部門原來(lái)發布的(de)城(chéng)鎮天氣預報，内容隻包括2400多(duō)個(gè)城(chéng)鎮的(de)天氣現象、高(gāo)低溫和(hé)風速風向預報，頻(pín)次也(yě)隻是一天三次，預報的(de)時(shí)間精度和(hé)空間精度不夠高(gāo)。

　　2012年，國家氣象中心推出了(le)一個(gè)新的(de)預報産品，即大(dà)城(chéng)市精細化(huà)預報，該産品把全國省會城(chéng)市、計劃單列市24小時(shí)内的(de)天氣預報進行細化(huà)，每6小時(shí)開展一次預報，降水(shuǐ)量可(kě)以預報到毫米。但即便這(zhè)樣也(yě)不夠精細，不能滿足各行業及公衆的(de)需求。

　　于是，“網格預報”這(zhè)一概念被引進到我國的(de)精細化(huà)預報業務中。如何理(lǐ)解它呢(ne)？可(kě)以這(zhè)樣比喻，就像地球上的(de)經緯網一樣，我們可(kě)以把中國以及每個(gè)城(chéng)市所在的(de)區(qū)域分(fēn)解成許多(duō)個(gè)5公裏×5公裏甚至1公裏×1公裏的(de)網格，而公衆就是生活在這(zhè)樣的(de)一個(gè)個(gè)網格中，每個(gè)網格中的(de)天氣情況也(yě)會有所差異。與原來(lái)的(de)定點預報相比，它在空間上更加精細，也(yě)更具針對(duì)性。拿北(běi)京的(de)預報來(lái)說，原來(lái)的(de)預報隻是以南(nán)郊觀象台這(zhè)一個(gè)點的(de)氣溫、降水(shuǐ)等來(lái)代表整個(gè)城(chéng)市的(de)天氣情況，但通(tōng)過開展網格化(huà)預報，北(běi)京的(de)天氣不再由一個(gè)定點來(lái)反映，針對(duì)北(běi)京的(de)氣象服務和(hé)天氣預報可(kě)以精細地反映在整座城(chéng)市每個(gè)不同的(de)網格之中。

　　網格化(huà)預報的(de)精細程度不僅體現在空間上，還(hái)反映在可(kě)以每天以更高(gāo)頻(pín)次更新和(hé)發布上。原來(lái)一天的(de)天氣預報隻會涉及一種天氣現象，現在網格化(huà)預報可(kě)以做(zuò)到全國範圍内逐3小時(shí)預報。随時(shí)随地，公衆都能了(le)解到自己當前所處的(de)網格未來(lái)是什(shén)麽樣的(de)天氣，能夠清楚地了(le)解氣溫、降水(shuǐ)、風等多(duō)個(gè)基本氣象要素。

　　除了(le)對(duì)陸地上的(de)網格進行預報外，氣象部門還(hái)将我國的(de)責任海區(qū)劃分(fēn)爲多(duō)個(gè)10公裏×10公裏的(de)網格，并進行海上能見度、海上大(dà)風等要素的(de)精細化(huà)預報。

　　如何與公衆的(de)感受和(hé)需求相契合，是智能網格預報業務要解決的(de)重要問題

　　今年6月(yuè)21日到24日，北(běi)京全市平均降雨(yǔ)量達92毫米。但差不多(duō)同時(shí)收到預警的(de)人(rén)，身邊的(de)暴雨(yǔ)卻并未同一時(shí)間抵達——21日晚上，河(hé)北(běi)、天津、北(běi)京南(nán)部率先有雨(yǔ)；22日，經過一天漫長(cháng)的(de)等待，當天深夜，暴雨(yǔ)終于在北(běi)京大(dà)部地區(qū)降下(xià)。

　　在這(zhè)個(gè)過程中，我們不難發現，天氣預報是準确的(de)，但天氣預報與公衆的(de)需求和(hé)感受并沒有完全契合，有的(de)地方下(xià)雨(yǔ)了(le)，有的(de)地方還(hái)沒下(xià)。如何與公衆的(de)需求和(hé)感受相契合就是智能網格預報業務要解決的(de)問題。

　　智能網格預報的(de)初步目标是把全國分(fēn)成5公裏×5公裏的(de)網格，在這(zhè)個(gè)基礎上每隔1小時(shí)更新一次結果，如果遇到重大(dà)天氣過程，更新的(de)頻(pín)率還(hái)會提高(gāo)。也(yě)就是說，同樣一場(chǎng)雨(yǔ)，無論身在北(běi)京哪一個(gè)角落，得(de)到的(de)天氣預報是所處5公裏網格範圍内的(de)天氣預報。在北(běi)京南(nán)部的(de)某個(gè)“網格”裏，和(hé)在北(běi)京北(běi)部甚至距離不遠(yuǎn)的(de)西南(nán)部、東南(nán)部某個(gè)“網格”裏收到的(de)天氣預報都是不一樣的(de)。

　　與以前的(de)天氣預報相比，網格預報是精細定量的(de)數字化(huà)預報。在方便公衆獲取更精準更精細的(de)天氣預報之餘，還(hái)将有助于預報員(yuán)開展高(gāo)影(yǐng)響天氣預報和(hé)氣象災害風險預報預警，同時(shí)基于精細的(de)智能網格預報開展的(de)地質災害、暴雨(yǔ)洪澇、高(gāo)溫幹旱等影(yǐng)響預報準确率也(yě)會大(dà)大(dà)提高(gāo)。

　　未來(lái)天氣預報信息會更全面、豐富，數據量也(yě)會更龐大(dà)

　　網格化(huà)預報還(hái)能提供更爲細緻和(hé)豐富的(de)預報内容。

　　在原先的(de)預報産品中，公衆接觸較多(duō)的(de)就是氣溫、風和(hé)天氣現象這(zhè)三個(gè)要素，而當前的(de)陸地和(hé)海洋預報産品就已細化(huà)到四大(dà)類18個(gè)氣象要素。

　　第一類是基本要素，即氣溫、降水(shuǐ)、降水(shuǐ)相态、風、雲量、相對(duì)濕度等。以前，12小時(shí)的(de)預報中就隻反映一個(gè)要素值，現在有了(le)更精細的(de)逐3小時(shí)預報，可(kě)以反映不同時(shí)段的(de)要素值。

　　第二類是環境氣象要素，包含霧、霾、沙塵暴、能見度等。

　　第三類是災害性天氣要素，包含短時(shí)強降水(shuǐ)、雷暴、雷暴大(dà)風、冰雹等強對(duì)流天氣預報。

　　第四類是海上氣象要素，在産品中具體體現爲海上大(dà)風、海上能見度、海上天氣現象等預報。

　　這(zhè)張時(shí)空分(fēn)辨率越來(lái)越高(gāo)的(de)預報網格已經是氣象部門預報業務最爲關鍵的(de)産品。将來(lái)，氣象部門的(de)預報服務産品都将從這(zhè)張網中提取，需要什(shén)麽就可(kě)以從中“拎”出來(lái)什(shén)麽。

　　也(yě)就是說，基于智能技術的(de)網格預報能更方便提供基于位置的(de)精準氣象服務。

　　随著(zhe)網格預報的(de)發展，産品的(de)内容越來(lái)越全面、豐富，數據量也(yě)越來(lái)越龐大(dà)。公衆不見得(de)直接使用(yòng)這(zhè)些産品，而是由中央氣象台将這(zhè)些産品作爲基礎産品提供給各級氣象部門及氣象服務單位。各級氣象部門基于精細的(de)網格預報，再結合基于位置、網絡、移動終端等服務手段，爲公衆提供距離最近的(de)、最具有針對(duì)性的(de)服務和(hé)産品。目前，一些省份還(hái)根據智能網格預報爲公衆的(de)出行安排做(zuò)規劃，甚至可(kě)以爲公衆提供每小時(shí)更新的(de)出行天氣預報。

　　在所有可(kě)以體現智能化(huà)的(de)氣象前沿科技成果中，最重要的(de)是數值預報和(hé)集合預報。高(gāo)分(fēn)辨率智能網格需要高(gāo)分(fēn)辨率區(qū)域數值預報模式支撐，而我國目前有四套性能較好的(de)業務化(huà)運行的(de)高(gāo)分(fēn)辨率模式，包括中國氣象局數值預報中心研發的(de)GRAPES-MESO和(hé)北(běi)京、上海、廣東三個(gè)區(qū)域氣象中心研發的(de)中尺度高(gāo)分(fēn)辨率模式。各省級氣象部門基于這(zhè)些模式，開展數據處理(lǐ)、診斷分(fēn)析、解釋應用(yòng)、交互訂正等，最終形成國省協調、精準精細的(de)智能網格預報。

　　未來(lái)，氣象部門還(hái)将發展結合物(wù)理(lǐ)機理(lǐ)與數值預報大(dà)數據挖掘應用(yòng)的(de)智能預報技術。一方面，基于數值預報機理(lǐ)的(de)數理(lǐ)統計形成複雜(zá)預報模型、預報方法；另一方面，通(tōng)過基于氣象大(dà)數據的(de)挖掘萃取、機器學習(xí)等，人(rén)工智能将與天氣預報更深入地結合。

　　人(rén)工智能對(duì)預報提出了(le)挑戰，但也(yě)給人(rén)類帶來(lái)機遇。擊敗世界圍棋排名第一人(rén)柯潔的(de)“阿爾法狗”發展到現在，已經脫離了(le)靠大(dà)量棋譜來(lái)“喂養”的(de)階段，憑深度學習(xí)就能不斷進步。氣象與圍棋都有所不同，圍棋雖然内部機理(lǐ)比較複雜(zá)但規則相對(duì)簡單，而氣象是個(gè)更爲複雜(zá)的(de)系統，受影(yǐng)響的(de)因素太多(duō)。比如降雨(yǔ)，即便水(shuǐ)汽、濕度條件都滿足了(le)，但大(dà)氣沒有擡升水(shuǐ)汽無法凝結，空氣中沒有“凝結核”，雨(yǔ)滴也(yě)不會長(cháng)大(dà)掉落地面。

　　因此，“智能”并不意味著(zhe)預報員(yuán)在這(zhè)一過程中毫無“用(yòng)武之地”。預報員(yuán)的(de)優勢在于豐富的(de)經驗和(hé)對(duì)關鍵天氣形勢的(de)把握，在智能預報發展過程中，預報員(yuán)多(duō)年的(de)預報經驗可(kě)以用(yòng)來(lái)“喂養”機器和(hé)模型。在災害天氣過程的(de)預報服務中，預報員(yuán)仍将發揮關鍵作用(yòng)。

　　目前，中國氣象局相關團隊已經與清華大(dà)學等合作開展人(rén)工智能技術研發工作；國家級氣象部門也(yě)聯合組建了(le)智能預報服務原型系統團隊；國家氣象中心一批資深預報首席、年輕研發型預報員(yuán)、IT工程師一道組成了(le)大(dà)數據及智能預報團隊。我國氣象部門從去年開始也(yě)在研制全球網格預報。這(zhè)樣一來(lái)，無論身處世界的(de)哪個(gè)角落，公衆都能享受到我國氣象部門提供的(de)貼心氣象服務。（作者 宗志平 薛峰）