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2018-11-17 08:26 来源:有问必答

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网格气象预报:未来已来

2018-11-17 作者:张格苗 薛峰 黄彬 出处: 北京日报 责编:谢伟

“国家—市—区县—乡镇—村”五级过程跟踪图,事项所处的层级、办理进度、办理人员一目了然。

  

  

  夏天过去了。你是否还记得今夏那几场说好的暴雨?有时,说雨来,雨迟迟不来。其实雨已经在路上;有时,说雨大,却只是掉了小雨点。其实雨只是没下到你身边。

  智能网格气象预报将会把这些变成历史。未来,你头上会不会有雨,什么时候有雨,天气预报会精细地告诉你。

  按照中国气象局的计划,今年12月底前,我国气象预报服务统一数据源的“一张网”网格预报业务将正式运行。这张网空间分辨率达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,使公众可随时随地获得基于位置的精细化气象服务。

  今年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。

  1. 不用问北京的天气

  细化到公里 直接查家门口

  天气预报是不断从定性预报、描述性预报向数字化、格点化预报发展的。比如,原先气象部门发布的城镇天气预报,内容只包括2400多个城镇的天气现象、高低温和风速风向预报,频次也只是一天三次,预报的时间精度和空间精度不够高。2012年,国家气象中心推出了一个新的预报产品,即大城市精细化预报,该产品把全国省会城市、计划单列市24小时内的天气预报进行细化,每6小时开展一次预报,降水量报到毫米,但即便这样也不够精细,不能满足各行业及公众的需求。

  2010年左右,“网格预报”这一概念被引进到我国的精细化预报业务中。如何理解它呢?可以这样比喻,就像地球上的经纬网一样,我们可以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,甚至1公里×1公里的网格,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。

  网格化预报就是针对这样的每一个网格开展的。与原来的定点预报相比,它在空间上更加精细,也更具针对性。就拿北京的预报来说,原来的预报只是以南郊观象台这一个点的气温、降水等来代表整个城市天气情况,但通过开展网格化预报,北京的天气不再由一个定点来反映,针对北京的气象服务和天气预报可以精细地反映在整座城市每个不同的网格之中。在北京,目前这些网格的大小是1公里×1公里,在全国气象部门中精细化程度最高。其他十几个省份也已经可以实现3公里分辨率、2.5公里分辨率乃至更精细化的预报,都超过中国气象局要求的5公里水平。

  网格化预报的精细不仅体现在空间上,还反映在可以每天更高频次地更新和发布上。原来,一天的天气预报中只会涉及一种天气现象,现在网格化预报可以做到全国范围内逐3小时10天预报。随时随地,公众都能了解到自己当前所处的网格是什么样的天气,能够清楚地了解气温、降水、风等多个基本气象要素。

  除了对陆地上的网格进行预报外,气象部门还将我国的责任海区划分为多个10公里×10公里的网格,并进行海上能见度、海上大风等要素的精细化预报。

  网格化预报不仅让模式更加细化,还提供了更为细致和丰富的预报内容。

  也许,以后我们再查天气预报的时候,不用查北京明天的天气怎么样,直接查我们家那里的天气怎么样就行了。

  2. 如何做到网格化

  人工智能是核心 同时靠预报员经验

  全国陆地加上海洋,这么多网格如何预报?对瞬息万变的天气来说,要让预报员一个个格子做预报,那就太“过时”了,效率也太低。

  今年5月,“阿尔法”围棋(AlphaGo)三盘连胜击败长期排名世界第一的棋手柯洁,让人类对人工智能的未来充满期待。智能网格气象预报的核心特征之一便是智能化。

  但气象与围棋不同,围棋虽然变化复杂但规则相对简单,气象是个更为复杂的系统,受影响的因素太多。比如降雨,水汽、湿度条件都满足了,但空气中没有“凝结核”,雨也下不来;比如沙尘暴,风速太大只会让风在平流层“奔跑”,无法形成沙尘。

  气象工作者一方面需要面临人工智能给天气预报带来的挑战,另一方面又期待借助人工智能力量不断提升气象预报的质量和水平。

  目前,智能网格预报依赖的智能化气象科技成果中最重要的是数值预报和集合预报。高分辨率智能网格需要高分辨率区域数值预报模式支撑。我国四套已业务化运行的高分辨率模式已通过建在上海的数值预报云(目前正在升级为智能网格预报云)实现全国共享。

  按照设想,未来,结合物理机理与数值预报大数据挖掘应用的智能预报技术应该是关键。一方面,基于数值预报机理的数理统计形成复杂预报模型、预报方法;另一方面,基于大数据技术的数据挖掘、机器学习等方法,研究深度学习预报模型或预报机器人。

  有了人工智能,还需要天气预报员吗?至少在过渡阶段,预报员很重要。他们的优势在于丰富的经验和对关键天气形势的把握。理想的状态是,初级阶段,预报员多年经验可以用来“喂养”机器和模式;当模型和智能化水平越来越高、人工订正的空间越来越小时,一部分预报员将会投入技术研发,另一部分预报员将主要转向对关键转折性天气过程等的气象服务工作。

  3. 划这么细 准确率靠谱吗

  科学在前进 需求是导向

  6月21日到24日,北京全市平均降雨量达92毫米。但差不多同时收到预警的人,身边的暴雨却并未同一时间抵达。21日晚上,河北、天津、北京南部率先有雨,一时谣言四起,有人说天气预报搞错了。22日,又是一天漫长的等待,当天深夜,暴雨终于如约而至。

  在这过程中,我们不难发现,天气预报是准确的,但天气预报与公众的需求和感受并没有完全契合,有的地方下雨了,有的地方还没下。如何与公众需求和感觉相契合就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。

  也就是说,如果还是同样一场雨,无论你身在北京哪一个角落,你得到的天气预报将是你所处的5公里网格范围内的天气预报。假如你在南边的某个“网格”里,那你和北边,甚至距离你不远的西南边、东南边某个“网格”里收到的天气预报是不一样的,你只需要在你所在地下雨前做好准备即可。从另外一个角度看,这也避免了无谓的恐慌,限制了谣言的传播。

  有人会问,划这么细,准确率能保证吗?从气象科学的角度看,在同样的技术水平下,当时间和空间分辨率变大,气象预报的准确率一般来说是会降低的。但气象部门在智能网格前期试点和试运行的过程中,首先要保证的就是使智能网格预报的准确率较以前的站点预报不降反升。

  其实,甘愿冒着降低预报准确率的风险,气象部门也要改变传统预报、制作高时空分辨率的网格预报,就是基于气象服务的需求。

  随着气象科技的发展,网格预报的精细化程度会越来越高。气象部门从去年开始也在研制全球网格预报。这样一来,即便你走出国门,也能享受到我国气象部门提供的贴心气象服务了。

  小贴士

  北京的网格气象预报哪里查

  目前,在北京,公众享受智能网格预报主要是通过“旅游天气助手”微信小程序。使用该程序,便会发现,这款天气软件可以进行自动定位,公众也可以直接选择自己想知道的地点进行天气情况的查看。而该程序的最大亮点在于可以实现和北京智能网格预报业务的无缝对接,在程序界面右侧进行上下滑动,就可以查看某地逐小时天气预报,而且定位更加精确,比如搜索“故宫”,界面上出现的地点还将涉及到故宫东门(公交站)、故宫西门(公交站)。(张格苗 薛峰 黄彬)

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