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智能天气预报来了,天气预报呈精准化趋势

发布时间:2019-07-11 08:55编辑:生命科学浏览(62)

    天气预报呈精准化趋势:网格预报精细到点位分钟

    “一张网”铺开,智能天气预报来了

    “看天色可能会下雨,出门时要带把伞吗?”这样的疑问,几乎人人都有过。夏天,总怕有场“不期而遇”的大雨;到了冬天,又盼着一觉醒来世界银装素裹。

    从现在开始,无论你身处何地,只要打开电脑或者手机APP,通过卫星定位就可以显示出你所在位置的最新天气预报。

    过去以周、天为单位,以市县为区域进行的气象预报,已经不能满足公众的日常生活需要。随着移动互联网以及智能终端的普及,人们希望随时随地查询天气——10分钟后会不会下雨?自己所处的街道降雪量会有多少?应运而生的智能网格预报,可以解答大家的疑问,提供更精细、更个性化的气象服务。

    最神奇的是,这样的天气预报可以提供降雨、风、温度、湿度、云量、能见度等精准气象服务,打破“预报有雨很准,但雨没下到我这里”的尴尬现象。你可以清楚地知道自己所在的位置“20分钟后会下小雨、50分钟后雨会停”。

    什么是网格预报?气象部门官方的网格数据公众啥时候能用上?智能预报的发展会带来哪些变化?3月23日“世界气象日”来临之际,记者走访中央气象台的有关专家,带您走近还略显神秘的网格气象预报。

    事实上,这种名为智能网格化预报的技术,通过中国气象局近三年时间的研发已经投入业务化运行。北京、天津、上海、福建、广东、海南及陕西等7省市率先从7月开始正式发布智能网格预报。

    预报从定时定点定性走向即时“随地”定量

    精细:"局部有雨"将成过去时

    气象部门的网格预报质量、丰富程度、精细程度以及权威性遥遥领先

    “过去,整个北京的天气预报只是以南郊观象台这一个点的气温、降水等来代表,有时也会听到‘局地暴雨’等表述,但局地到底在何地?就很不明确了。”在国家气象中心预报系统开放实验室主任薛峰看来,通过开展网格化预报,今后北京的天气可以精细地反映在整座城市每个不同的网格之中。

    近两年经常出现的新词“网格预报”究竟是什么?

    就像地球上的经纬网一样,气象专家们把中国以及每个城市所在的区域分解成许多个5公里×5公里网格,而公众就是生活在这样一个个的网格中,每个网格中的天气情况也会有所差异。

    中央气象台天气预报室主任、正研级高工宗志平告诉记者,以往传统的天气预报是城镇预报,只用单个的预报点表示一个县城或城市未来几天的天气变化。这种预报方式缺点较明显,时间空间精度低、预报天数短、气象要素少。在如今几乎人手一个智能手机的时代,一天只做两次更新的传统预报,已经不能满足公众需求。中国气象局提出“网格预报”这一概念,正是为了解决传统天气预报的这些弊端。

    薛峰告诉《中国科学报》记者:“目前我国陆面大约有38万个5公里×5公里小网格,海上约有16万个10公里×10公里大网格,网格的覆盖率已达100%。网格化预报就是针对这样的每一个网格开展的。”

    如何直白地理解网格预报?中央气象台预报系统开放实验室主任、正研级高工薛峰介绍,可以把我国以及每个城市所在的区域,想象成由多个边长为5公里的正方形组成的网格,而公众就生活、工作在一个个网格里。网格预报就是针对这些正方形小区域,实现空间上的精准化预报。具体而言,是从传统的大城市预报发展到县、乡镇,甚至村,到现在的任意点位预报。网格预报在时间间隔上也更精细,从原来的只区分白天黑夜,发展为逐3小时、逐1小时甚至分钟级间隔预报,即时更新,方便公众根据局地天气对自己出行等活动做出更精准的安排。此外,原来的城市预报只涉及一种天气现象,现在网格预报涵盖的要素更丰富,仅降水天气就分为雨、雪、雨夹雪、冻雨等。

    智能网格预报是目前国际上精细化气象预报的发展趋势,按照中国气象局的计划,年底前,我国气象预报服务统一数据源的“一张网”网格预报业务将正式运行。这张网的空间分辨率达5公里×5公里,时间上可实现逐3小时发布未来10天的天气预报。

    除了更“细心”,网格预报还更“理性”。相对传统的等级预报和定性预报,如今的预报正在向定量化转化。比如,从原来的“小中大暴雨”,变为具体多少毫米或厘米的降水量预报;以往的“大风”“多云”天气,将被具体的风向风速值和云量值预报替代。也就是说,公众不仅能了解自己所处的“网格”当前、未来是什么天气状况,还能清楚地查到气温、降水、风等多个具体气象要素信息。

    目前,部分省份已能制作发布时空分辨率更高的气象预报。广东未来10天温度、风、降水量、云量等陆地预报要素分辨率可达2.5公里;陕西智能网格预报的空间分辨率也达到了3公里,未来两天预报可逐小时发布。

    “这张时空分辨率越来越高的预报网格已经是气象部门预报业务最为关键的产品,是未来实现任意点位预报和山洪地质灾害、城市渍涝等预报的基础。”薛峰说,网格预报是突破传统的“不规则点”预报。

    中国气象局预报与网络司天气处处长张志刚介绍,全国各省的智能网格预报业务正在顺利推进,将于今年底全部实现业务化运行

    此前,不少天气预报APP也能预报到某一具体区域,例如北京市朝阳区某个街道未来两小时会不会下雨。相较于这些已有的服务,气象局推出的网格预报有啥独特之处?

    “气象预报的时空分辨率提高了,但我们没有以牺牲准确率为代价来换取精细化水平的提升。在我国气象部门制定的目标下,预报的内容将会更精细、更准确。”薛峰说。

    宗志平告诉记者,虽然如今不乏类似产品,但大多数APP背后的气象机构或公司,数据、技术、资源和研发能力有限,预报时往往是直接从互联网上获取基础数据,经过简单加工就发布出来,这种网格预报在技术科学性和预报质量上都存在不足。“中国气象局作为气象预报的权威部门,在观测数据、预报模式研发以及网格预报技术上有优势,在此基础上统筹酝酿研发的预报服务产品,其质量、丰富程度、精细程度以及权威性优于当前其他机构或公司的产品,是国家力量推进气象预报服务进步的体现。”

    智能:云平台实现数据共享

    4年研发形成稳定产品,目前已有10省市实现业务运行

    长期以来,数值预报海量数据传输都是气象业务的难点问题,高分辨率智能网格需要高分辨率区域数值预报模式支撑。为此,中国气象局在上海建立了一个数值预报云,实现了国家级、北京、上海、广东四套区域模式的云端快速共享。

    公众将通过气象部门官方客户端,享受“私人订制”的预报服务

    “通过数值预报云和全国综合气象信息共享平台实现了国、省两级数据的打通。”薛峰介绍,国家级气象部门会首先发布全国智能网格预报指导产品并在全国共享,各省级气象部门基于自己的预报方法,同时参考国家级预报来制作本地的网格预报,并分享给国家级,最终拼成不断滚动更新的智能网格预报“一张网”。

    按照中国气象局的计划,2017年7月开始,北京、天津、上海、福建、广东、海南、陕西等7省市已经率先发布智能网格预报。2017年12月底前,我国气象预报服务统一数据源的“一张网”网格预报业务已经开始正式运行。

    数值预报和大数据应用是智能网格预报业务发展的新动能,人工智能技术也为智能网格预报的大数据传输、快速分享提供了新的解决方案,使气象预报实时同步、协同一致成为可能。

    薛峰告诉记者,其实国家级网格预报技术和产品的布局、研发早在2013年就开始启动。到2017年底,网格预报按计划推出,全国上下联动的10天逐3小时5公里多气象要素网格预报及相应的流程初步实现,目前全国31个省区市气象局已经在试验运行网格预报业务,各省均在进行预报质量评估,已经有10个省区市实现了业务运行。

    基于数值预报和大数据应用,结合智能化的预报算法,天气预报业务也在飞速发展。“我们现在的预报员不再是看图说话,而是基于大数据的分析和挖掘,对各种不同数据进行综合的研判,最终形成一种智能化的预报。”薛峰说,“气象预报员的价值被重新定义了。”

    气象行业外的公众,现在能用到这一服务产品吗?薛峰表示,随着网格预报的发展,产品的内容越来越全面、丰富,数据量也越来越大。国家气象中心将这些产品作为基础产品提供给各级气象部门及气象服务单位。各级气象部门基于精细的网格预报,再结合基于位置、网络、移动终端等手段,为公众提供具有针对性的服务和产品。“部分省市已开展相关服务,例如广东的‘缤纷微天气’、福建的‘知天气’APP,公众只需下载程序并输入位置,就能享受‘私人订制’的天气预报。”

    服务:科学“格子”网住多样需求

    有人不理解,2013年研发的产品,为啥在去年底才开始推出?宗志平说,这不是中国气象局在“卖关子”,研发过程遇到了很多技术困难,通过近3年的技术攻关,才逐步走向成熟。另一方面,一个公众产品的开发必然要经过内部的严格测试,保证预报产品发布的严肃性,对公众负责。作为中国气象预报的权威发布部门,只有预报服务产品的稳定性以及预报质量达到标准,才能和公众见面。“气象部门今后会通过更多的渠道与方式,让公众更便利地使用气象产品。”薛峰说。

    “北京的天气预报比较难报,有时候上午天很好,午后产生对流性降水,老百姓查看天气时却还是晴。所以我们就是要根据天气的实时变化去更新,努力提高预报的服务能力。”薛峰说。

    可自我订正优化,提高预报的准确率和时空分辨率

    如何与公众需求相契合是智能网格预报业务要解决的问题。智能网格预报的初步目标是把全国分成5公里×5公里的网格,在这个基础上每隔1小时更新一次预报,如果遇到重大天气过程,更新的频率还会加快。

    智能预报不会完全取代“人工”,但气象预报员工作内容会发生一定变化

    此外,网格预报还有助于预报员开展灾害性天气影响预报,为政府部署灾前防御措施、抢险措施及灾后重建等工作都提供了更为科学、合理、及时的决策依据,将气象灾害可能造成的损失降到最低。

    网格预报的基础是科技进步。目前,中国气象局可以用卫星、雷达、全国布局的自动站构成三位一体的观测网络,实时捕捉当前发生的重要天气,为预报的实时滚动更新提供观测资料基础支持。宗志平介绍,这些观测资料进入我国自主研发的GRAPES数值同化及预报系统,可提供从短期到中长期的高分辨率数值预报原始资料。基于大数据的机器学习、人工智能等先进的数据挖掘技术,这张“网”能进一步自我订正优化,提高预报的准确率和时空分辨率。宗志平认为,这张“网”的出现,意味着我们在气象预报方面的技术和服务水平向国际先进水平迈出了重要一步,同时也意味着公众需求与预报服务之间的差距又缩小了一些。

    中国气象局副局长矫梅燕提出,今年全国智能网格气象预报业务化运行的目标是实现全国预报和服务统一数据源的“一张网”正式运行,全国主要气象服务产品与“一张网”统一数据源对接,全国智能气象预报协同一致、高质量、权威发布。

    预报越来越智能,是否意味着预报员的作用越来越小?宗志平对此不以为然。“首先要更正一个概念,人工智能与‘人工’之间并不存在竞争和淘汰的关系。虽然随着技术的发展,智能预报可以解决大部分问题,但大气运动有不确定性,对于灾害性、转折性、突发性的天气,依然需要依托预报员丰富的知识背景做出合理预报判断,或者对人工智能的预报结果做出合理修正。”

    矫梅燕认为,智能网格气象预报系统在提升气象业务现代化、提高天气预报准确率和精细化水平等方面都起到了重要支撑作用。她说:“我们提出精细化格点预报要向网格预报转变,不仅仅是概念的更替,更是技术体系、业务流程的全新变革。希望能为气象业务现代化建设、为智慧气象的发展做出应有的贡献。”

    薛峰认为,随着智能预报技术的发展,现有的气象预报员工作内容会发生一定变化,一部分专注于大气运动机理的分析理解认识,并做重要的订正预报,更多关注“影响预报”,即当前的天气对相关领域和行业有什么后续影响;而另一些预报员可能会关注人工智能技术本身,即如何更好地将人工智能技术与气象预报服务行业结合,进一步提高准确率,或研发更符合社会需求的预报服务产品。人工智能将成为预报员掌握的一门技术或工具,二者优势互补,为社会提供更好的气象服务。

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