在寒冷的天氣里 談?wù)劥髷?shù)據(jù)如何提高天氣預報的準確性

天氣預報是大數(shù)據(jù)應(yīng)用最早的領(lǐng)域之一， 古人們總結(jié)出的節(jié)氣和天氣諺語沿用了幾個世紀。

如何預測天氣

前650年左右巴比倫人使用云的樣子來預測天氣。中國人至少在前300年左右有進行天氣預報的紀錄。古時靠觀察總結(jié)出天氣現(xiàn)象和天氣諺語來指導人們的生活，只是泛泛，卻也足以。

17世紀開始科學家開始使用科學儀器（比如氣壓表）來測量天氣狀態(tài)，并使用這些數(shù)據(jù)來做天氣預報。但很長時間里人們只能使用當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)來做天氣預報，因為當時人們無法快速地將數(shù)據(jù)傳遞到遠處。1837年電報被發(fā)明后人們才能夠使用大面積的氣象數(shù)據(jù)來做天氣預報。

今天的天氣預報主要是使用收集大量的數(shù)據(jù)（氣溫、濕度、風向和風速、氣壓等等），結(jié)合有關(guān)氣象資料、地形和季節(jié)特點、經(jīng)驗等綜合因素來研究確定未來的天氣情況。由于大氣過程的混亂以及今天科學并沒有最終透徹地了解大氣過程，因此天氣預報總是有一定誤差的。

目前，我國一般降水的預報準確率在80%左右，暴雨24小時預報的準確率大概是19%至20%，在相同算法下，美國的暴雨預報準確率是22%。

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

氣象數(shù)據(jù)量不斷翻番

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

現(xiàn)在，地面觀測站大約有4萬個，每10分鐘觀測一次，未來還將加密至分鐘級；在空間密度上，至少增加20倍，頻度將增加60倍，地面及高空觀測信息總量增加了1200倍。

而這些只占整個氣象數(shù)據(jù)的30%，雷達、衛(wèi)星以及數(shù)值預報數(shù)據(jù)占到了70%。目前，氣象部門需要永久保存的數(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（1000GB=1TB,1000TB=1PB）。

這也正是大數(shù)據(jù)規(guī)律的體現(xiàn)，觀測信息量越大，所蘊藏的真實信息越多，就更能做好預報。

氣象服務(wù)盤活數(shù)據(jù)

海量氣象數(shù)據(jù)怎么用？這是大數(shù)據(jù)時代亟待考慮的問題。就現(xiàn)有情況看，數(shù)據(jù)在氣象預報、氣候預測診斷方面運用得比較充分；而在氣象服務(wù)領(lǐng)域，大量實況觀測數(shù)據(jù)往往被擱置。

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

為此，科研人員正在引進國際先進的空間數(shù)據(jù)融合數(shù)值模式方法，即將周邊幾個站點的數(shù)據(jù)以及其他傳感器所獲得的數(shù)據(jù)融合進模式中，反演出整個區(qū)域的天氣情況。從試驗結(jié)果看，運算速度達到分鐘級，小區(qū)域可達到秒級。

“這些工作都是在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上才能夠進行，無論模式如何先進，沒有海量的數(shù)據(jù)進入，都不能達到很好的效果?！敝袊鴼庀缶止矚庀蠓?wù)中心高級工程師唐千紅說。

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

EarthRisk是一家利用大數(shù)據(jù)對未來天氣情況作出預報的技術(shù)公司，它采用的預測模型項源自加州大學斯克利普斯海洋研究所。

該模型不同于以往的數(shù)值預報模式，可基于 820 億次計算以及 60 年的氣象歷史數(shù)據(jù)來識別天氣模式，然后將這些模式與當前的氣候條件進行比較，再運用預測性分析進行天氣預測，其預測時間更長、預測準度更高，最長可提前 40 天生成冷熱天氣概率，而傳統(tǒng)主觀預測的模型一星期以上的準度就不行了。

大數(shù)據(jù)時代下的氣象服務(wù)是什么樣子？唐千紅認為，在看得見的未來，融入了地理信息、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)的氣象服務(wù)，能夠讓人們知道任意時間地點可能會發(fā)生什么，例如這陣風是否會吹翻門口的廣告牌，前面一個高速路口是不是在下雨、會不會發(fā)生山洪。

天氣預報的未來

毫無疑問，雖然現(xiàn)在吐槽再多，氣象部門還是一直在努力完善工作的。建設(shè)更多的觀測站，運用更加先進的計算設(shè)備、培養(yǎng)數(shù)據(jù)人才建立更完善的天氣預報模型，同時也離不開經(jīng)驗豐富的預報人員，天氣預報、乃至是災難預報都能更加準確。

以后天氣預報的趨勢，是朝精細化，精準化發(fā)展。同時在這個過程中消耗的大量人力物力可以通過數(shù)據(jù)的共享和同其他行業(yè)的交叉應(yīng)用來彌補，這方面，大數(shù)據(jù)的預測意義才越發(fā)顯得重要。