大數(shù)據(jù)時代 看天更靠譜

大數(shù)據(jù)時代，氣象服務(wù)在不斷地拓寬領(lǐng)域，從最基礎(chǔ)的天氣預(yù)報到現(xiàn)有的氣候預(yù)測、氣候可行性論證、公共氣象服務(wù)、專業(yè)專項氣象服務(wù)、氣象防災(zāi)減災(zāi)，為社會創(chuàng)造財富、減輕損失；同時，大數(shù)據(jù)技術(shù)是氣象服務(wù)不斷創(chuàng)新和完善的重要支撐。

1 事實驗證數(shù)據(jù)分析，“妮坦”的紅色預(yù)警發(fā)對了

每個城市都有各行各業(yè)的大數(shù)據(jù)，深圳市在推進大數(shù)據(jù)發(fā)展方面已經(jīng)具備一定基礎(chǔ)，共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)等方面處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，在市場監(jiān)管、交通運輸、稅務(wù)部門等部門的應(yīng)用取得了積極成效。

在氣象大數(shù)據(jù)方面，深圳市氣象局與深圳先進院已合作多年。2009年，深圳市氣象局與先進院高性能計算中心開始交流合作，2012年初，深圳市氣象局提出預(yù)報“回南天”的研究方向，隨后又提出臺風(fēng)精準預(yù)報、灰霾預(yù)報等新課題。

5年前，先后在加拿大麥吉爾大學(xué)、香港大學(xué)學(xué)習(xí)的李晴嵐加入深圳先進院，被委派至深圳市氣象局擔(dān)任相關(guān)項目負責(zé)人。通過與深圳市氣象局等部門合作，深圳先進院氣象預(yù)報團隊在臺風(fēng)風(fēng)雨預(yù)報領(lǐng)域取得了顯著的成果，大幅度提高了臺風(fēng)預(yù)報的時間、空間精度?；谶@些數(shù)據(jù)，氣象部門能夠做出及時準確的預(yù)報預(yù)警，政府部門能夠有效地組織人員疏散，最大限度地保障人民生命和財產(chǎn)安全。

以8月的“妮妲”為例，根據(jù)深圳先進院與市氣象局合作的“近海臺風(fēng)引發(fā)深圳地區(qū)的風(fēng)雨研究”的結(jié)論，“妮坦”臺風(fēng)從東南方向接近珠三角地區(qū)，距離深圳200公里左右時將引發(fā)深圳大風(fēng)，全市大風(fēng)起風(fēng)時間在22時至24時左右，并推測深圳最大陣風(fēng)將達到12-13級。

李晴嵐告訴記者：“根據(jù)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，嚴格來說鹽田港的最大陣風(fēng)應(yīng)該在27-33米／秒范圍。鹽田港風(fēng)力一般受臺風(fēng)影響大，但在深圳市不一定是最大的，為安全起見，考慮深圳可能的最大陣風(fēng)報12到13級比較合適，與實際觀測值深圳地區(qū)在‘妮妲’影響期間的最大陣風(fēng)為37米/秒高度吻合（13級風(fēng)的范圍在37-41.4米/秒之間）”。

市氣象局依據(jù)此科研結(jié)果，綜合氣象預(yù)報員的專業(yè)分析，在第一時間果斷對市民發(fā)出了臺風(fēng)紅色預(yù)警，這也是深圳市氣象臺歷史上首次發(fā)布臺風(fēng)紅色預(yù)警。

“每一次臺風(fēng)到來，產(chǎn)生的新觀測數(shù)據(jù)都會納入數(shù)據(jù)庫?！崩钋鐛贡硎荆瑢γ恳环N進入700公里影響范圍的不同類型臺風(fēng)，如果數(shù)據(jù)庫只有2個樣本供參考，預(yù)報正確的概率是33%，如果歷史上有18個類似樣本供參考，預(yù)報正確的概率可以大幅提升到89%。隨著樣本數(shù)的增加，預(yù)報置信度就會越高。

2 從“韋森特”到“海鷗”，準確預(yù)測降水、風(fēng)力

李晴嵐表示，相比較為容易預(yù)測的臺風(fēng)路徑，臺風(fēng)強度預(yù)報和臺風(fēng)風(fēng)雨定量預(yù)報是世界性的預(yù)測難題。

2011年，剛從香港來深圳不久的李晴嵐了解到市氣象局一直在做風(fēng)雨定量預(yù)報方面的研究，但一直困難重重未能出結(jié)果。大約半年后，她和團隊部分解決了這個難題。

2012年7月24日，臺風(fēng)“韋森特”在深圳登陸，最大日降水量達到152.5毫米。在“韋森特”登陸前，李晴嵐已經(jīng)有了初步的研究結(jié)果，認為“韋森特”帶來的日最大降水量有50%的可能性在109-191毫米之間，而降水量在100-250毫米之內(nèi)被定級為大暴雨。實際觀測值與預(yù)測值均為大暴雨，“韋森特”驗證了李晴嵐關(guān)于臺風(fēng)引發(fā)深圳地區(qū)降水定量預(yù)報的研究。

長期未能解決的難題為何有了轉(zhuǎn)機？“最關(guān)鍵的是‘分類’，按照類別預(yù)估臺風(fēng)帶來的影響?！崩钋鐛拐f，她根據(jù)臺風(fēng)登陸時的登陸地點、登陸距離、臺風(fēng)強度、登陸方位等關(guān)鍵特性進行劃分，通過統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘的方法得出臺風(fēng)雨的影響程度。這是她乘坐公交車下班途中得到的靈感，經(jīng)過幾次與氣象局專業(yè)人士的討論嘗試，半年內(nèi)便有了初步的結(jié)果。

李晴嵐先后在加拿大麥吉爾大學(xué)、香港大學(xué)取得了環(huán)境工程學(xué)碩士、博士學(xué)位。她從碩士開始就做數(shù)據(jù)分析、數(shù)學(xué)建模，在讀博士期間研究過動力，對既注重動力也注重統(tǒng)計的氣象研究有一定的幫助。

相比臺風(fēng)帶來的降水預(yù)報，有關(guān)風(fēng)的預(yù)報更為復(fù)雜。2014年4月，在此前一項研究的啟發(fā)下，李晴嵐開始著手臺風(fēng)對深圳地區(qū)大風(fēng)影響的研究，半年內(nèi)便有了初步的結(jié)果，當(dāng)年9月“海鷗”登陸驗證了她的研究。

“‘海鷗’中心距鹽田港氣象自動站的最近距離約有400公里，據(jù)以往經(jīng)驗，氣象局認為此次臺風(fēng)影響不會很大，但預(yù)報員并不確定到底會引起多大的風(fēng)?！卑凑绽钋鐛沟念A(yù)測，風(fēng)力最大會達到27米／秒，時間在凌晨0時到2時之間，這與實際觀測值29.1米/秒非常接近，最大風(fēng)力發(fā)生時間為凌晨1時14分。

李晴嵐的同事感嘆道：“第二天上午氣象局會商，大家都沸騰了，之前傳統(tǒng)的氣象手段還無法把距離在400公里左右的臺風(fēng)引起大風(fēng)的時間及其強度預(yù)算得這么準?！?/span>

3 為鹽田港作精細化預(yù)報，根據(jù)應(yīng)用需求定課題

最近，李晴嵐撰寫的關(guān)于臺風(fēng)風(fēng)雨定量預(yù)報的一篇研究論文將登上美國氣象學(xué)會下的《Weather and Forecasting》雜志，這是氣象預(yù)報領(lǐng)域的頂級期刊。

“我每周有三天都在深圳氣市象局工作，與工作在一線的預(yù)報員天氣會商，參加周報會，技術(shù)交流會，了解天氣預(yù)報中的要點、難點；兩天在深圳先進院，與同事溝通討論、指導(dǎo)學(xué)生科研學(xué)習(xí)?！崩钋鐛垢嬖V記者，比起理論研究，自己的研究工作更注重應(yīng)用，一般是研究結(jié)果能直接應(yīng)用于業(yè)務(wù)之后，才再撰寫論文。

深圳鹽田港是國際集裝箱碼頭，風(fēng)力條件對其碼頭日常貨柜儲運業(yè)務(wù)影響非常大，氣象預(yù)報與經(jīng)濟利益的關(guān)聯(lián)大。應(yīng)對臺風(fēng)時如果停工過早，將造成較大損失，如果預(yù)警不及時，又可能有事故發(fā)生，因此精準的預(yù)報尤為必要。針對這種需求，李晴嵐展開了重點防護單位定點精細化預(yù)報研究。

據(jù)鹽田國際集裝箱碼頭有限公司反饋給深圳先進院的信息，得益于深圳先進院研發(fā)的“近海臺風(fēng)引發(fā)區(qū)域性風(fēng)雨預(yù)報”的技術(shù)模塊——它能提前1-2天進行精細化的臺風(fēng)風(fēng)雨影響預(yù)估，爭取到更多災(zāi)害防御時間?？臻g精細到港區(qū)，可預(yù)估鹽田港區(qū)域受臺風(fēng)影響的風(fēng)雨特點、程度、持續(xù)時間。該模塊啟用后，3年來未出現(xiàn)因臺風(fēng)造成的港區(qū)人員傷亡，對鹽田港業(yè)務(wù)經(jīng)營和管理發(fā)揮了重要作用。

李晴嵐說，氣象部門掌握著豐富的第一手觀測資料，他們急需把這些資料利用起來為氣象預(yù)報服務(wù)。深圳先進院有著深厚的科研實力，也希望能發(fā)揮科研優(yōu)勢，與實際問題結(jié)合，為國計民生服務(wù)，因而才有了深圳先進院與深圳氣象局的強強聯(lián)合、深入合作。

據(jù)悉，深圳市氣象局還通過深圳先進院與歐洲中期天氣預(yù)報中心、美國俄克拉荷馬大學(xué)風(fēng)暴分析預(yù)報中心保持良好的合作。

記者了解到，李晴嵐課題組將與深圳市氣象局一起聯(lián)合申報多模式集成預(yù)報系統(tǒng)項目，這個創(chuàng)意就產(chǎn)生自國際合作的過程中。多模式集成是指融合歐洲中心模式、日本模式、中國氣象局Grapes模式，以及深圳氣象局自主研發(fā)的實時同化預(yù)報系統(tǒng)模式的特點，發(fā)揮各自的長處，得出深圳乃至華南地區(qū)更精準的天氣預(yù)報。