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不知您發(fā)現(xiàn)沒有，如今的天氣預(yù)報(bào)越來(lái)越精準(zhǔn)了。摸透老天爺?shù)摹氨┢狻保鹊糜^察清楚老天爺?shù)牧?xí)性，其中最基礎(chǔ)的手段便是觀測(cè)。不久前，我國(guó)地面氣象觀測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的消息被人們廣泛關(guān)注。
那么，是什么催生了自動(dòng)化氣象觀測(cè)？地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化是否會(huì)產(chǎn)生更優(yōu)的數(shù)據(jù)？又將給公眾帶來(lái)什么呢？
自動(dòng)化觀測(cè)取代人工觀測(cè)
地面氣象觀測(cè)是綜合氣象觀測(cè)中歷史最早、開展最普遍、發(fā)展最為成熟的一類觀測(cè)工作，在氣象防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對(duì)氣候變化和生態(tài)文明建設(shè)中占有重要地位。
新中國(guó)成立初期，全國(guó)有101個(gè)氣象臺(tái)站，尚構(gòu)不成合格的全國(guó)氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)。觀測(cè)員們需要利用玻璃溫度表、水銀氣壓計(jì)、雨量筒、風(fēng)速計(jì)和目測(cè)等開展人工觀測(cè)，并通過(guò)編發(fā)報(bào)傳輸觀測(cè)信息。
地面氣象觀測(cè)作為最基本的觀測(cè)業(yè)務(wù)，要求全球所有的地面氣象觀測(cè)站在同一時(shí)間，按照統(tǒng)一的技術(shù)要求，實(shí)施同樣的觀測(cè)項(xiàng)目，并按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，提供全球交換的基本氣象要素直接觀測(cè)資料。
這其中，人工觀測(cè)涉及氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水、云、能見度、天氣現(xiàn)象等氣象要素及其變化過(guò)程，同時(shí)還需開展系統(tǒng)連續(xù)的觀察測(cè)定、數(shù)據(jù)收集及處理工作。這些不同類別的氣象觀測(cè)信息都得準(zhǔn)確記錄在觀測(cè)記錄簿上。
從1982年開始，地面觀測(cè)業(yè)務(wù)采用PC-1500袖珍計(jì)算機(jī)，觀測(cè)資料的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、編報(bào)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
從20世紀(jì)90年代開始，我國(guó)地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化開始發(fā)力，氣溫、濕度、氣壓和雨量等氣象要素逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)。1999年至2008年，中國(guó)氣象局分批次完成了自動(dòng)氣象站推廣建設(shè)和應(yīng)用。2014年，中國(guó)氣象局對(duì)全國(guó)地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的調(diào)整，拉開了地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化改革的大幕。
近年來(lái)，能見度儀、云高云量觀測(cè)儀、天氣現(xiàn)象儀器、自動(dòng)日照計(jì)、固態(tài)降水觀測(cè)儀等自動(dòng)化觀測(cè)設(shè)備陸續(xù)亮相，逐步取代人工觀測(cè)任務(wù)。涉及地面觀測(cè)等內(nèi)涵的智慧氣象概念從醞釀到提出，逐漸豐富，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。
如今，我國(guó)有國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站2423個(gè)，區(qū)域觀測(cè)站超過(guò)6萬(wàn)個(gè)。在國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站里，一般都會(huì)有一個(gè)面積為25米×25米大小的觀測(cè)場(chǎng)，負(fù)責(zé)“捕捉”大氣環(huán)境中多種多樣的氣象要素和現(xiàn)象。
地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化改革從局部探索正式切換調(diào)整為業(yè)務(wù)運(yùn)行，意味著我國(guó)地面氣象觀測(cè)從人工觀測(cè)邁進(jìn)全面自動(dòng)化的新時(shí)代。氣象觀測(cè)員多年來(lái)使用的玻璃溫度表、水銀氣壓計(jì)等儀器將成為“文物”了。而通過(guò)配備自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備及應(yīng)用衛(wèi)星遙感、多源數(shù)據(jù)自動(dòng)綜合判識(shí)、智能圖像識(shí)別等技術(shù)手段，地面氣象自動(dòng)化觀測(cè)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)已越來(lái)越牢靠。
自動(dòng)化觀測(cè)較人工觀測(cè)更精密
在氣象學(xué)上，云是懸浮在大氣中的大量小水滴或冰晶微粒組成的可見聚合體。不同的云外形特征有所差異，有積狀云、層狀云和波狀云，這些云中又有不同種類的云。對(duì)云的觀測(cè)包括云狀、云量、云高等項(xiàng)目，涉及三族十屬二十九類云，較為復(fù)雜。
多年來(lái)，為了更為精準(zhǔn)地觀測(cè)云，氣象觀測(cè)員多在能看到全部天空及地平線的開闊地點(diǎn)或平臺(tái)觀測(cè)云量、云高，且需關(guān)注連續(xù)演變情況。若是陽(yáng)光強(qiáng)烈，觀測(cè)員需戴黑色眼鏡觀測(cè)，以避免太陽(yáng)輻射產(chǎn)生視程障礙。目測(cè)云高，則需要根據(jù)云塊大小、亮度、顏色、移動(dòng)速度等情況，結(jié)合當(dāng)?shù)爻Ｒ娫聘叻秶罍y(cè)。在這個(gè)過(guò)程中，云是變化的，高度或增或減，人工觀測(cè)云時(shí)易出現(xiàn)主觀誤差。
面對(duì)同一片天空，通過(guò)自動(dòng)化的觀測(cè)設(shè)備完成對(duì)云遮蔽天空視野成數(shù)的云量觀測(cè)和云底距測(cè)站垂直距離的云高觀測(cè)，結(jié)果將會(huì)更為客觀。
不止如此，對(duì)于能見度的觀測(cè)，相較于人工觀測(cè)，自動(dòng)化能見度觀測(cè)是連續(xù)、實(shí)時(shí)的，觀測(cè)的可比性和穩(wěn)定性較好，觀測(cè)的精度和時(shí)間分辨率不斷提高，對(duì)于提升能見度預(yù)報(bào)的精細(xì)化水平將持續(xù)發(fā)揮重要作用。
對(duì)于高速公路上的流動(dòng)“殺手”團(tuán)霧，往往由于持續(xù)時(shí)間短、變化快，人工觀測(cè)可能無(wú)法準(zhǔn)確捕捉能見度變化情況，但自動(dòng)觀測(cè)儀容易察覺。這意味著團(tuán)霧監(jiān)測(cè)空白地帶在減小，未來(lái)對(duì)局地團(tuán)霧、近地面霧的監(jiān)測(cè)預(yù)警會(huì)更有效。
而在經(jīng)歷一次次天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)試驗(yàn)后，對(duì)于降水、地面凝結(jié)、雷電等天氣現(xiàn)象，借助高精度的攝像頭等儀器配備，可獲取高清晰度的視頻實(shí)景圖像，持續(xù)進(jìn)行天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)。從天氣圖像采集到處理，再到大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、人工智能等更豐富的智能算法的應(yīng)用，天氣現(xiàn)象資料將被更精密地觀測(cè)。
從人工觀測(cè)到自動(dòng)化觀測(cè)，需要攻克和推進(jìn)應(yīng)用云、能見度和天氣現(xiàn)象三方面的關(guān)鍵技術(shù)。如今，這些關(guān)鍵技術(shù)已被突破，自動(dòng)化觀測(cè)自然水到渠成。
據(jù)國(guó)家氣象信息中心實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示，自動(dòng)化氣象觀測(cè)頻次較人工觀測(cè)約提高4到8倍，其中云觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)約提高3倍，數(shù)據(jù)量較人工觀測(cè)約增加10倍；觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸用時(shí)由分鐘級(jí)優(yōu)化至秒級(jí)，到報(bào)完整率達(dá)99%以上，傳輸頻次從5分鐘提升至1分鐘，數(shù)據(jù)傳輸頻次與效率大幅提高。地面氣象觀測(cè)頻次、傳輸效率和數(shù)據(jù)量方面的提升，增強(qiáng)了我國(guó)氣象觀測(cè)“監(jiān)測(cè)精密”能力。
自動(dòng)化觀測(cè)發(fā)展空間廣闊
地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化與氣象預(yù)報(bào)服務(wù)有效銜接，自然會(huì)碰撞出更多的“火花”。高頻次、高數(shù)據(jù)傳輸效率和更豐富的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，在國(guó)家級(jí)和省級(jí)兩級(jí)數(shù)據(jù)環(huán)境的實(shí)時(shí)落地，作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接入氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)平臺(tái)，將會(huì)在實(shí)況監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警、智能網(wǎng)格實(shí)況融合分析等業(yè)務(wù)中得到普遍應(yīng)用。這將更好地滿足氣象預(yù)報(bào)服務(wù)需求，為實(shí)現(xiàn)“預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)”的要求提供有力支撐，從而更好地保障服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)等國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施。
對(duì)于氣象預(yù)報(bào)員而言，觀測(cè)數(shù)據(jù)十分重要。綜合利用各種觀測(cè)手段得來(lái)的數(shù)據(jù)，才能得出盡可能精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)結(jié)論。“包括氣象預(yù)報(bào)員在內(nèi)的廣大用戶將能獲取到多要素、高精度、全天候的自動(dòng)氣象觀測(cè)產(chǎn)品。我們能看到的不僅是用數(shù)字、文字表示的觀測(cè)結(jié)果，還有全國(guó)所有氣象臺(tái)站或關(guān)鍵地點(diǎn)的實(shí)景圖像、視頻，可幫助我們更直觀、連續(xù)地了解各地天氣實(shí)況。”國(guó)家級(jí)首席預(yù)報(bào)員葉成志說(shuō)。
天氣預(yù)報(bào)的核心工具是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。如今的天氣預(yù)報(bào)技術(shù)已由單一天氣圖經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品為基礎(chǔ)、多種觀測(cè)資料綜合應(yīng)用的現(xiàn)代技術(shù)。而數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是以氣象觀測(cè)資料為初值條件，通過(guò)巨型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，再用流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組進(jìn)行求解，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來(lái)的大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化還會(huì)為氣象觀測(cè)研究型業(yè)務(wù)的發(fā)展贏得空間。如一些地方推出智能氣象觀測(cè)手機(jī)軟件、智能氣象臺(tái)站系統(tǒng)建設(shè)，以及“天臉識(shí)別”等新型探測(cè)技術(shù)裝備，這也為推動(dòng)觀測(cè)智能化發(fā)展提供了技術(shù)支持。
中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心高級(jí)工程師張?chǎng)谓榻B，地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化還有改進(jìn)的空間，下一步或?qū)⒊霸?端”技術(shù)新模式方向探索。如果能在大數(shù)據(jù)、人工智能方向繼續(xù)深挖，賦予自動(dòng)化更多智能思考和運(yùn)算，同樣也會(huì)降低數(shù)據(jù)差錯(cuò)率。
延伸閱讀
人工觀測(cè)仍將長(zhǎng)期保留
長(zhǎng)序列的氣象觀測(cè)是全人類共同的文化和科學(xué)遺產(chǎn)，蘊(yùn)含著當(dāng)?shù)鬲?dú)特的生態(tài)文化信息，為氣候變遷、生態(tài)變化留下了珍貴歷史數(shù)據(jù)。
徐家匯觀象臺(tái)從1872年開始，持續(xù)140余年的氣象觀測(cè)從未中斷；長(zhǎng)春氣象站始于1908年的完整氣候資料，見證了生態(tài)文明的進(jìn)步；營(yíng)口氣象站曾借助風(fēng)壓板人工判斷風(fēng)速，氣象觀測(cè)的百年發(fā)展歷程烙刻著科學(xué)、技術(shù)和文明進(jìn)步的印跡。這些至今仍堅(jiān)持業(yè)務(wù)運(yùn)行的氣象站，為人類保留了一份長(zhǎng)期、高質(zhì)量的氣候遺產(chǎn)。
對(duì)于各地臺(tái)站而言，雖然人工定時(shí)觀測(cè)和日常守班取消了，但是仍保留有人工應(yīng)急觀測(cè)能力。這就意味著在應(yīng)急或特別工作狀態(tài)下仍需按要求開展應(yīng)急觀測(cè)、人工數(shù)據(jù)質(zhì)控和編發(fā)重要天氣報(bào)等。此外，有少數(shù)幾個(gè)長(zhǎng)期保留人工觀測(cè)業(yè)務(wù)的臺(tái)站，如長(zhǎng)春國(guó)家基準(zhǔn)氣候站等，仍繼續(xù)保留人工觀測(cè)項(xiàng)目，以保持觀測(cè)方法和觀測(cè)手段的延續(xù)性。
來(lái)源：北京日?qǐng)?bào)
