在寒冷的天氣里 談?wù)劥髷?shù)據(jù)如何提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性

天氣預(yù)報(bào)是大數(shù)據(jù)應(yīng)用最早的領(lǐng)域之一， 古人們總結(jié)出的節(jié)氣和天氣諺語(yǔ)沿用了幾個(gè)世紀(jì)。

如何預(yù)測(cè)天氣

前650年左右巴比倫人使用云的樣子來(lái)預(yù)測(cè)天氣。中國(guó)人至少在前300年左右有進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)的紀(jì)錄。古時(shí)靠觀察總結(jié)出天氣現(xiàn)象和天氣諺語(yǔ)來(lái)指導(dǎo)人們的生活，只是泛泛，卻也足以。

17世紀(jì)開(kāi)始科學(xué)家開(kāi)始使用科學(xué)儀器（比如氣壓表）來(lái)測(cè)量天氣狀態(tài)，并使用這些數(shù)據(jù)來(lái)做天氣預(yù)報(bào)。但很長(zhǎng)時(shí)間里人們只能使用當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)來(lái)做天氣預(yù)報(bào)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)人們無(wú)法快速地將數(shù)據(jù)傳遞到遠(yuǎn)處。1837年電報(bào)被發(fā)明后人們才能夠使用大面積的氣象數(shù)據(jù)來(lái)做天氣預(yù)報(bào)。

今天的天氣預(yù)報(bào)主要是使用收集大量的數(shù)據(jù)（氣溫、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速、氣壓等等），結(jié)合有關(guān)氣象資料、地形和季節(jié)特點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)等綜合因素來(lái)研究確定未來(lái)的天氣情況。由于大氣過(guò)程的混亂以及今天科學(xué)并沒(méi)有最終透徹地了解大氣過(guò)程，因此天氣預(yù)報(bào)總是有一定誤差的。

目前，我國(guó)一般降水的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率在80%左右，暴雨24小時(shí)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率大概是19%至20%，在相同算法下，美國(guó)的暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率是22%。

但是如果數(shù)據(jù)夠多、建立的數(shù)學(xué)模型夠精確，是可以接近自然的真實(shí)情況的。

氣象數(shù)據(jù)量不斷翻番

上世紀(jì)90年代及之前，中國(guó)氣象資料大部分局限于地面及高空觀測(cè)。當(dāng)時(shí)，2000多個(gè)地面站以小時(shí)為單位收集氣象信息；120多個(gè)高空站每天觀測(cè)最多不超過(guò)4次。從數(shù)據(jù)量上看不算太多，即便考慮到衛(wèi)星和雷達(dá)資料，其總體日增量也局限在GB量級(jí)。

現(xiàn)在，地面觀測(cè)站大約有4萬(wàn)個(gè)，每10分鐘觀測(cè)一次，未來(lái)還將加密至分鐘級(jí)；在空間密度上，至少增加20倍，頻度將增加60倍，地面及高空觀測(cè)信息總量增加了1200倍。

而這些只占整個(gè)氣象數(shù)據(jù)的30%，雷達(dá)、衛(wèi)星以及數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)占到了70%。目前，氣象部門(mén)需要永久保存的數(shù)據(jù)目前約有4PB～5PB，年增量約1PB。每年的氣象數(shù)據(jù)已接近PB量級(jí)（1000GB=1TB,1000TB=1PB）。

這也正是大數(shù)據(jù)規(guī)律的體現(xiàn)，觀測(cè)信息量越大，所蘊(yùn)藏的真實(shí)信息越多，就更能做好預(yù)報(bào)。

氣象服務(wù)盤(pán)活數(shù)據(jù)

海量氣象數(shù)據(jù)怎么用？這是大數(shù)據(jù)時(shí)代亟待考慮的問(wèn)題。就現(xiàn)有情況看，數(shù)據(jù)在氣象預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)診斷方面運(yùn)用得比較充分；而在氣象服務(wù)領(lǐng)域，大量實(shí)況觀測(cè)數(shù)據(jù)往往被擱置。

目前的實(shí)況數(shù)據(jù)氣象服務(wù)主要基于單要素單一站點(diǎn)的形式。這意味著，人們收到的氣象服務(wù)只是周邊氣象站點(diǎn)的天氣情況，并且總有延遲。

為此，科研人員正在引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)融合數(shù)值模式方法，即將周邊幾個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及其他傳感器所獲得的數(shù)據(jù)融合進(jìn)模式中，反演出整個(gè)區(qū)域的天氣情況。從試驗(yàn)結(jié)果看，運(yùn)算速度達(dá)到分鐘級(jí)，小區(qū)域可達(dá)到秒級(jí)。

“這些工作都是在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上才能夠進(jìn)行，無(wú)論模式如何先進(jìn)，沒(méi)有海量的數(shù)據(jù)進(jìn)入，都不能達(dá)到很好的效果?！敝袊?guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心高級(jí)工程師唐千紅說(shuō)。

讓科研人員欣喜的是，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)并非單純指人們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上發(fā)布的信息。全世界的工業(yè)設(shè)備、汽車、電表上有著無(wú)數(shù)的數(shù)碼傳感器，隨時(shí)測(cè)量和傳遞著有關(guān)位置、溫度、濕度乃至空氣中化學(xué)物質(zhì)的變化。可以設(shè)想，這些信息都可以被氣象部門(mén)所用。

EarthRisk是一家利用大數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)天氣情況作出預(yù)報(bào)的技術(shù)公司，它采用的預(yù)測(cè)模型項(xiàng)源自加州大學(xué)斯克利普斯海洋研究所。

該模型不同于以往的數(shù)值預(yù)報(bào)模式，可基于 820 億次計(jì)算以及 60 年的氣象歷史數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別天氣模式，然后將這些模式與當(dāng)前的氣候條件進(jìn)行比較，再運(yùn)用預(yù)測(cè)性分析進(jìn)行天氣預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)時(shí)間更長(zhǎng)、預(yù)測(cè)準(zhǔn)度更高，最長(zhǎng)可提前 40 天生成冷熱天氣概率，而傳統(tǒng)主觀預(yù)測(cè)的模型一星期以上的準(zhǔn)度就不行了。

大數(shù)據(jù)時(shí)代下的氣象服務(wù)是什么樣子？唐千紅認(rèn)為，在看得見(jiàn)的未來(lái)，融入了地理信息、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的氣象服務(wù)，能夠讓人們知道任意時(shí)間地點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生什么，例如這陣風(fēng)是否會(huì)吹翻門(mén)口的廣告牌，前面一個(gè)高速路口是不是在下雨、會(huì)不會(huì)發(fā)生山洪。

天氣預(yù)報(bào)的未來(lái)

毫無(wú)疑問(wèn)，雖然現(xiàn)在吐槽再多，氣象部門(mén)還是一直在努力完善工作的。建設(shè)更多的觀測(cè)站，運(yùn)用更加先進(jìn)的計(jì)算設(shè)備、培養(yǎng)數(shù)據(jù)人才建立更完善的天氣預(yù)報(bào)模型，同時(shí)也離不開(kāi)經(jīng)驗(yàn)豐富的預(yù)報(bào)人員，天氣預(yù)報(bào)、乃至是災(zāi)難預(yù)報(bào)都能更加準(zhǔn)確。

以后天氣預(yù)報(bào)的趨勢(shì)，是朝精細(xì)化，精準(zhǔn)化發(fā)展。同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中消耗的大量人力物力可以通過(guò)數(shù)據(jù)的共享和同其他行業(yè)的交叉應(yīng)用來(lái)彌補(bǔ)，這方面，大數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)意義才越發(fā)顯得重要。