新技术新方法在气象服务中的应用畅想

【摘要】如何在气象服务中应用新技术新方法，并提升我们的气象服务能力，是需要我们气象人尝试和探索的课题，本文对新技术新方法在气象服务用的应用进行了一些简单设计和畅想。话不多说，直接上干货！

【正文开始】

（一）人工智能技术在气象服务中的应用

人工智能技术是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术学科。人工智能是计算机科学的一个分支，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。如当下较热的机器学习技术、计算机视觉技术等都属于人工智能研究的技术领域。在当前的气象服务中，根据不同应用场景，都在探索性的应用人工智能技术来提升气象服务质量。例如通过研究大数据分析和自然语言处理技术，构建知识图谱，提升气象服务影响预报以及按需产品生成能力、智能情景化、个性化的气象服务能力；研究基于事件驱动的机器学习灾害性天气预报和预警具有不确定性条件下的最优决策推荐技术，提升气象服务的影响力和可信度。当前多个气象服务应用场景下的人工智能技术还处在研究探索阶段，未来随着计算机科学技术的发展，海量大数据存储、分布式云计算以及GPU算力的显著增强，甚至量子计算机的发展，将人工智能技术应用于气象服务的多个场景中将是必然的发展趋势。

（二）多源数据融合技术在气象服务中的应用

多源数据融合技术指利用相关手段将调查、分析获取到的所有信息全部综合到一起，并对信息进行统一的评价，最后得到统一的信息的技术。该技术研发出来的目的是将各种不同的数据信息进行综合，吸取不同数据源的特点然后从中提取出统一的，比单一数据更好、更丰富的信息。目前采用的数据融合技术有代数法、图像回归法、小波变换法等，而气象数据融合上应用贝叶斯估计和人工神经网络（ANN）较多。在信息化时代，数据是最有效的资产，而气象行业本身就是天然的大数据。在气象服务中，单纯的气象数据无法表征出更多更有效的服务价值，需要将受气象因素影响的多个领域关联数据进行融合分析才能为用户提供精准气象服务。

多源数据融合技术当前已经广泛应用于气象业务发展中。中国气象局信息中心在2017年6月推出的路面数据同化系统（CLDAS-v2.0）将地面站、雷达、卫星等多种观测手段、海量观测数据采用多源数据融合技术研制出时间分辨率1小时、空间分辨率6.25公里的全国格点化实况产品并进行了业务应用，为基于位置服务、个性化定制的气象服务提供了强有力的数据支撑。当前CLDAS仍在继续研发，空间分辨率已经提升到5公里。在未来的气象服务中，依托前端高分辨率数值预报产品以及加密观测站点、格点实况资料和卫星资料，通过时空降尺度、模式误差滚动订正、算法、变权重多模式集成、实况逐时滚动订正技术，研究多模式产品的集成优化技术以及多源数据的融合应用技术，建立面向公众交通出行、宜居旅游等基于给定位置的无缝隙格点站点一体化精细化服务产品加工体系。在此基础上利用统计回归、模糊判别等方法，研发服务于交通出行、旅游、宜居等的指数和预警服务产品，实现针对服务用户的个性化快速服务。

（三）精细化天气的模拟仿真技术在气象服务中的应用

在计算机仿真领域，VR（虚拟现实）技术在气象服务中已经得到广泛应用，将虚拟现实技术应用于气象中，能有效解决气象领域中传统模式存在的局限性问题。VR技术可以进行天气现象的模拟、天气系统的模拟，因此成为气象科普和教学中最受欢迎的互动体验。在影视宣传方面，VR技术可以让影视节目更有趣味性，从而大大提升收视率。中国气象局气象影视中心在2015年的全国气象影视竞赛中，利用虚拟现实技术制作了《旅游天气》，模拟旅游线路上的特色景观和天气情况，为游客提供精细化的旅游天气服务；美国AccuWeather公司为满足部分用户对高端天气预报的需求，基于三星Gear VR推出了360度沉浸式天气预报服务，可以体验实时、动态的天气状况，包括暴风雨、雪和云的动画，使突发天气新闻的报道更加精准快速。美国国家气象频道The Weather Channel与增强现实内容与技术供应商合作推出的混合现实技术MR天气预报，通过全新的沉浸式混合实现技术来革新新闻报道方式，为观众带来创新实时沉浸式故事叙述，帮助观众理解各种天气现象以及生活影响。中国气象局气象宣传与科普中心研制的“玩转气象—AR互动气象装备”，让公众可以体验到风云气象卫星、多普勒雷达、地面气象观测场、气象应急指挥车等专业设备的工作方式、结构和功能等，增强了气象科普的互动性。

在未来的气象服务中，深度挖掘公众用户需求，基于海量大气实况资料、局地精细化地形和下垫面资料等，利用多种降尺度技术，研发精细化模拟仿真的大气模型，利用VR、MR技术等让公众用户体验气温、压、湿、风、云等要素的实时变化；研究大气环境精细化模拟仿真的产品在交通、旅游、健康等气象服务领域的应用技术，针对用户多样化需求，定制研发气象服务产品，能够显著提升产品预报预警准确率；开展基于精细化模拟仿真技术产品的公众服务衍生产品在业务中的应用趋势和效果评估，针对用户反馈信息，发展产品的优化订正技术，提升面向公众用户的气象服务能力。

（四）大气环境智能感知技术在气象服务中的应用

随着5G技术的兴起和落地应用，基于IOT（物联网）和移动互联网技术和5G传输技术，大气环境智能感知将会在气象服务中的应用更加广泛。5G技术让物联网和智能穿戴设备有了快速发展的基础。首先，IOT发展受制于传输带宽的不足，气象智能观测体系的建设速度将加快，我们大气环境的立体观测体系也将初具规模，这将为气象服务提供一个数字化智能化的感知空间。智能穿戴设备、Iot和智能终端，能够从多维度采集大气环境数据，同时5G的应用也会让大数据、云计算技术应用场景更多元化，覆盖面更广，公众的生活便利性将得到明显提升。

在未来的气象服务中，将越来越多的应用到智能感知技术来指导公众的生活出行。我们可围绕监测、预报、预警、服务、灾情与舆情评估等气象防灾减灾全链条，以地理信息、气象预报预警数据、气象灾害数据、防灾减灾业务等相关数据为支撑，基于气象云平台、微服务架构、高程三维地图和移动应用等互联网先进技术，建立面向公众的气象防灾减灾监控管理平台的PC端和移动端，实现气象防灾减灾的集中管理，集中展示，业务流程集中监管，为气象灾害的智能感知、主动防御、科学应对、高效决策提供支撑，全面提升气象防灾减灾的智慧化服务能力和监控管理能力。

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