气象观测全面自动化之路——德国走了快120年

作者 | 程鸽（德国汉堡大学在读博士、德国气象协会成员）

（图1：我国政府网站的新闻报道）

从2020年4月1日起，我国地面气象观测实现全面自动化。意味着人工采集气象数据成为历史，气象人迎来了智能化的未来。与此同时，与中国相距约八千公里，跨过七个时区的德国也在马不停蹄地抓紧本国地面气象观测系统自动化建设。德国气象局（Deutsche Wetterdienst）2019年报告中提出，德国致力于2023年完成全国范围内气象观测自动化建设。

（图2：德国气象局总部）

纵观全世界范围内，德国是最早发展气象事业的国家之——德国连续气象数据记录可追溯到1881年。

1900年，德国开始建立气象数据观测网。以今天的角度看，100多年前德国的气象观测系统已出具规模、堪称先进。当时全境约有350个人工气象站，15个探空气球释放点，2400个降水测量点与1500个雷暴天气报告处。气象业务员需要记录的观测变量包括了：云量、云状、能见度、风力、风向、气温、最高温、最低温、气压、湿度、降水、天气现象、日照时长、积雪厚度。这些观测量也一直沿用至今。

（图3：1900年当时的探空风筝）

1935年，德国境内气象站数量增加至552个，降水测量点增加至约4400个。

1955年，德国气象局确立了11个气象观测中心，190个地面观测站点、13个高空气象观测点与3992个降水观测点。另外还新增了4个观测变量：辐射强度、地表温度、云高、雪水当量。

60年代气象卫星数据的使用标志着世界范围内天气预报系统的重大革新——数值天气预报开始发展。众所周知，天气预报准确率主要依靠两方面：气象观测数据、预报算法。为了提高天气预报准确率，德国开始大力发展气象监测系统，包括提高地面与探空观测数据的采集频次、使用气象卫星遥感数据、雷达数据等等。

（图4：1966年的德国气象卫星数据图像）

1966德国气象局首次结合气象卫星数据使用大型计算机进行了数值天气预报。

1967年第一颗天气雷达在莱比锡投入使用。

1970年，气温数据的采集频率由每天四次提高至每小时一次。

1977年第一颗欧洲气象卫星发射并投入使用。

1982年，风向风速数据采集频率也提高到每小时一次。

1985年，德国气象雷达网建立。

1986年，欧洲气象卫星应用组织（EUMETSAT）成立，卫星气象数据得以共享。

1989-1992年，云高、降水、能见度、气压、湿度、日照时长、地表温度数据采集频次均提高到每小时一次。温湿度阔线探测频次为每三小时一次。

（图5：德国奥芬巴赫气象观测站一角）

1999年，气象飞机探测投入使用。温、湿、压、风速、风向的数据采集频次提高到每30分钟一次。

2003-2007年，所有地面气象观测数据采集频次均提高到每30分钟一次。

2008年，气象卫星数据分析、资料同化技术广泛应用。

直至2019年，总部位于美茵河畔奥芬巴赫（Offenbach am Main）的德国气象局全境范围内拥有5个局地气候与环境咨询中心、5个航空气象咨询中心、3个农业气象咨询中心、182个一级气象站、1735个二级天气与降水监测站、1082个物候观测站、18个天气雷达站点、10个探空观测点（每年释放约7000个探空气球）。

德国气象局的目标是：2023年全面实现气象观测系统自动化，包括地面观测、探空观测、雷达、卫星、车载、船载气象数据的采集。

气象发展史同时也是一部科技发展史，德国气象事业发展至今已有120年，整个发展过程可分为两个阶段。第一阶段，20世纪上半叶德国花了50年的时间摸索着建立了气象观测站、确定了气象观测要素，奠定了地面、探空观测网的基础；第二阶段，从上世纪60年代至今，随着科技的进步，德国数值天气预报得以大力发展。卫星、雷达数据的使用、计算机的进步、资料同化等先进技术的运用使得预报准确率大幅提高。

（图6：德国气象局统计的自1968年来对北大西洋、中欧地区的气压预报准确率。图中可以看出，几十年来预报准确率大幅提升，1-3天预报准确度可达95%，目前的7天预报准确率和1970年24小时预报准确率相当。）

可以想象的是，在未来的第三阶段，在气象观测网全面实现自动化之后，德国气象的发展重点一定围绕着完善预报系统、精进算法、提高预报、预警时空精度、准确率等方面。而这些部分也势必成为各国气象部门必争的科学研究高地。

参考

1. http://www.gov.cn/xinwen/2020-04/03/content_5498494.htm

2.https://www.dwd.de/SharedDocs/broschueren/DE/presse/augenbeobachtung.pdf?__blob=publicationFile&v=4

3.https://rcc.dwd.de/DE/klimaumwelt/copernicus_workshop/anfahrt/_node_anfahrt.html

4.https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=101640&lv3=101732

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