世界氣象日，黑龍江省氣象台的工作人員在向(xiàng)小朋友們介紹最新的氣象科技知識。光明圖片/視覺中國(guó)

 

　　最近一段時(shí)間，各地頻現短時(shí)強降水、冰雹、龍卷風、雷雨大風等強對(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(dào)世界性的難題。不過(guò)，基于人工智能(néng)技術的網格預報，有望幫助氣象部門解決這(zhè)一難題。本期我們特邀國(guó)家氣象中心天氣預報室主任宗志平、國(guó)家氣象中心預報系統開(kāi)放實驗室主任薛峰來詳細解讀我國(guó)氣象部門已經(jīng)開(kāi)始使用的智能(néng)網格氣象預報。

　　人們對(duì)天氣預報的需求越來越精細

　　天氣預報的發(fā)展，經(jīng)曆了從定性預報、描述性預報向(xiàng)數字化、網格化預報的過(guò)程。比如，我國(guó)氣象部門原來發(fā)布的城鎮天氣預報，内容隻包括2400多個城鎮的天氣現象、高低溫和風速風向(xiàng)預報，頻次也隻是一天三次，預報的時(shí)間精度和空間精度不夠高。

　　2012年，國(guó)家氣象中心推出了一個新的預報産品，即大城市精細化預報，該産品把全國(guó)省會(huì)城市、計劃單列市24小時(shí)内的天氣預報進(jìn)行細化，每6小時(shí)開(kāi)展一次預報，降水量可以預報到(dào)毫米。但即便這(zhè)樣(yàng)也不夠精細，不能(néng)滿足各行業及公衆的需求。

　　于是，“網格預報”這(zhè)一概念被(bèi)引進(jìn)到(dào)我國(guó)的精細化預報業務中。如何理解它呢？可以這(zhè)樣(yàng)比喻，就(jiù)像地球上的經(jīng)緯網一樣(yàng)，我們可以把中國(guó)以及每個城市所在的區域分解成(chéng)許多個5公裡(lǐ)×5公裡(lǐ)甚至1公裡(lǐ)×1公裡(lǐ)的網格，而公衆就(jiù)是生活在這(zhè)樣(yàng)的一個個網格中，每個網格中的天氣情況也會(huì)有所差異。與原來的定點預報相比，它在空間上更加精細，也更具針對(duì)性。拿北京的預報來說(shuō)，原來的預報隻是以南郊觀象台這(zhè)一個點的氣溫、降水等來代表整個城市的天氣情況，但通過(guò)開(kāi)展網格化預報，北京的天氣不再由一個定點來反映，針對(duì)北京的氣象服務和天氣預報可以精細地反映在整座城市每個不同的網格之中。

　　網格化預報的精細程度不僅體現在空間上，還(hái)反映在可以每天以更高頻次更新和發(fā)布上。原來一天的天氣預報隻會(huì)涉及一種(zhǒng)天氣現象，現在網格化預報可以做到(dào)全國(guó)範圍内逐3小時(shí)預報。随時(shí)随地，公衆都(dōu)能(néng)了解到(dào)自己當前所處的網格未來是什麼(me)樣(yàng)的天氣，能(néng)夠清楚地了解氣溫、降水、風等多個基本氣象要素。

　　除了對(duì)陸地上的網格進(jìn)行預報外，氣象部門還(hái)將(jiāng)我國(guó)的責任海區劃分為多個10公裡(lǐ)×10公裡(lǐ)的網格，并進(jìn)行海上能(néng)見度、海上大風等要素的精細化預報。

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

　　今年6月21日到(dào)24日，北京全市平均降雨量達92毫米。但差不多同時(shí)收到(dào)預警的人，身邊的暴雨卻并未同一時(shí)間抵達——21日晚上，河北、天津、北京南部率先有雨；22日，經(jīng)過(guò)一天漫長(cháng)的等待，當天深夜，暴雨終于在北京大部地區降下。

　　在這(zhè)個過(guò)程中，我們不難發(fā)現，天氣預報是準确的，但天氣預報與公衆的需求和感受并沒(méi)有完全契合，有的地方下雨了，有的地方還(hái)沒(méi)下。如何與公衆的需求和感受相契合就(jiù)是智能(néng)網格預報業務要解決的問題。

　　智能(néng)網格預報的初步目标是把全國(guó)分成(chéng)5公裡(lǐ)×5公裡(lǐ)的網格，在這(zhè)個基礎上每隔1小時(shí)更新一次結果，如果遇到(dào)重大天氣過(guò)程，更新的頻率還(hái)會(huì)提高。也就(jiù)是說(shuō)，同樣(yàng)一場雨，無論身在北京哪一個角落，得到(dào)的天氣預報是所處5公裡(lǐ)網格範圍内的天氣預報。在北京南部的某個“網格”裡(lǐ)，和在北京北部甚至距離不遠的西南部、東南部某個“網格”裡(lǐ)收到(dào)的天氣預報都(dōu)是不一樣(yàng)的。

　　與以前的天氣預報相比，網格預報是精細定量的數字化預報。在方便公衆獲取更精準更精細的天氣預報之餘，還(hái)將(jiāng)有助于預報員開(kāi)展高影響天氣預報和氣象災害風險預報預警，同時(shí)基于精細的智能(néng)網格預報開(kāi)展的地質災害、暴雨洪澇、高溫幹旱等影響預報準确率也會(huì)大大提高。

　　未來天氣預報信息會(huì)更全面(miàn)、豐富，數據量也會(huì)更龐大

　　網格化預報還(hái)能(néng)提供更為細緻和豐富的預報内容。

　　在原先的預報産品中，公衆接觸較多的就(jiù)是氣溫、風和天氣現象這(zhè)三個要素，而當前的陸地和海洋預報産品就(jiù)已細化到(dào)四大類18個氣象要素。

　　第一類是基本要素，即氣溫、降水、降水相态、風、雲量、相對(duì)濕度等。以前，12小時(shí)的預報中就(jiù)隻反映一個要素值，現在有了更精細的逐3小時(shí)預報，可以反映不同時(shí)段的要素值。

　　第二類是環境氣象要素，包含霧、霾、沙塵暴、能(néng)見度等。

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

　　第四類是海上氣象要素，在産品中具體體現為海上大風、海上能(néng)見度、海上天氣現象等預報。

　　這(zhè)張時(shí)空分辨率越來越高的預報網格已經(jīng)是氣象部門預報業務最為關鍵的産品。將(jiāng)來，氣象部門的預報服務産品都(dōu)將(jiāng)從這(zhè)張網中提取，需要什麼(me)就(jiù)可以從中“拎”出來什麼(me)。

　　也就(jiù)是說(shuō)，基于智能(néng)技術的網格預報能(néng)更方便提供基于位置的精準氣象服務。

　　随著(zhe)網格預報的發(fā)展，産品的内容越來越全面(miàn)、豐富，數據量也越來越龐大。公衆不見得直接使用這(zhè)些産品，而是由中央氣象台將(jiāng)這(zhè)些産品作為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網格預報，再結合基于位置、網絡、移動終端等服務手段，為公衆提供距離最近的、最具有針對(duì)性的服務和産品。目前，一些省份還(hái)根據智能(néng)網格預報為公衆的出行安排做規劃，甚至可以為公衆提供每小時(shí)更新的出行天氣預報。

　　在所有可以體現智能(néng)化的氣象前沿科技成(chéng)果中，最重要的是數值預報和集合預報。高分辨率智能(néng)網格需要高分辨率區域數值預報模式支撐，而我國(guó)目前有四套性能(néng)較好(hǎo)的業務化運行的高分辨率模式，包括中國(guó)氣象局數值預報中心研發(fā)的GRAPES-MESO和北京、上海、廣東三個區域氣象中心研發(fā)的中尺度高分辨率模式。各省級氣象部門基于這(zhè)些模式，開(kāi)展數據處理、診斷分析、解釋應用、交互訂正等，最終形成(chéng)國(guó)省協調、精準精細的智能(néng)網格預報。

　　未來，氣象部門還(hái)將(jiāng)發(fā)展結合物理機理與數值預報大數據挖掘應用的智能(néng)預報技術。一方面(miàn)，基于數值預報機理的數理統計形成(chéng)複雜預報模型、預報方法；另一方面(miàn)，通過(guò)基于氣象大數據的挖掘萃取、機器學(xué)習等，人工智能(néng)將(jiāng)與天氣預報更深入地結合。

　　人工智能(néng)對(duì)預報提出了挑戰，但也給人類帶來機遇。擊敗世界圍棋排名第一人柯潔的“阿爾法狗”發(fā)展到(dào)現在，已經(jīng)脫離了靠大量棋譜來“喂養”的階段，憑深度學(xué)習就(jiù)能(néng)不斷進(jìn)步。氣象與圍棋都(dōu)有所不同，圍棋雖然内部機理比較複雜但規則相對(duì)簡單，而氣象是個更為複雜的系統，受影響的因素太多。比如降雨，即便水汽、濕度條件都(dōu)滿足了，但大氣沒(méi)有擡升水汽無法凝結，空氣中沒(méi)有“凝結核”，雨滴也不會(huì)長(cháng)大掉落地面(miàn)。

　　因此，“智能(néng)”并不意味著(zhe)預報員在這(zhè)一過(guò)程中毫無“用武之地”。預報員的優勢在于豐富的經(jīng)驗和對(duì)關鍵天氣形勢的把握，在智能(néng)預報發(fā)展過(guò)程中，預報員多年的預報經(jīng)驗可以用來“喂養”機器和模型。在災害天氣過(guò)程的預報服務中，預報員仍將(jiāng)發(fā)揮關鍵作用。

　　目前，中國(guó)氣象局相關團隊已經(jīng)與清華大學(xué)等合作開(kāi)展人工智能(néng)技術研發(fā)工作；國(guó)家級氣象部門也聯合組建了智能(néng)預報服務原型系統團隊；國(guó)家氣象中心一批資深預報首席、年輕研發(fā)型預報員、IT工程師一道(dào)組成(chéng)了大數據及智能(néng)預報團隊。我國(guó)氣象部門從去年開(kāi)始也在研制全球網格預報。這(zhè)樣(yàng)一來，無論身處世界的哪個角落，公衆都(dōu)能(néng)享受到(dào)我國(guó)氣象部門提供的貼心氣象服務。（作者 宗志平 薛峰）