自動化觀測讓天氣預報更精準

不知您發現沒有，如今的天氣預報越來越精準了。摸透老天爺的“暴脾氣”，先得觀察清楚老天爺的習性，其中最基礎的手段便是觀測。不久前，我國地面氣象觀測實現自動化的消息被人們廣泛關注。

那麼，是什麼催生了自動化氣象觀測？地面氣象觀測自動化是否會産生更優的數據？又將給公眾帶來什麼呢？

自動化觀測取代人工觀測

地面氣象觀測是綜合氣象觀測中歷史最早、開展最普遍、發展最為成熟的一類觀測工作，在氣象防災減災、應對氣候變化和生態文明建設中佔有重要地位。

新中國成立初期，全國有101個氣象臺站，尚構不成合格的全國氣象監測網。觀測員們需要利用玻璃溫度表、水銀氣壓計、雨量筒、風速計和目測等開展人工觀測，並通過編發報傳輸觀測資訊。

地面氣象觀測作為最基本的觀測業務，要求全球所有的地面氣象觀測站在同一時間，按照統一的技術要求，實施同樣的觀測項目，並按照統一的數據格式，提供全球交換的基本氣象要素直接觀測資料。

這其中，人工觀測涉及氣溫、氣壓、濕度、風向、風速、降水、雲、能見度、天氣現象等氣象要素及其變化過程，同時還需開展系統連續的觀察測定、數據收集及處理工作。這些不同類別的氣象觀測資訊都得準確記錄在觀測記錄簿上。

從1982年開始，地面觀測業務採用PC-1500袖珍電腦，觀測資料的計算、統計、編報實現了自動化。

從20世紀90年代開始，我國地面氣象觀測自動化開始發力，氣溫、濕度、氣壓和雨量等氣象要素逐步實現自動觀測。1999年至2008年，中國氣象局分批次完成了自動氣象站推廣建設和應用。2014年，中國氣象局對全國地面氣象觀測業務的調整，拉開了地面氣象觀測自動化改革的大幕。

近年來，能見度儀、雲高雲量觀測儀、天氣現象儀器、自動日照計、固態降水觀測儀等自動化觀測設備陸續亮相，逐步取代人工觀測任務。涉及地面觀測等內涵的智慧氣象概念從醞釀到提出，逐漸豐富，已經轉化為實際應用。

如今，我國有國家級地面氣象觀測站2423個，區域觀測站超過6萬個。在國家級地面氣象觀測站裏，一般都會有一個面積為25米×25米大小的觀測場，負責“捕捉”大氣環境中多種多樣的氣象要素和現象。

地面氣象觀測自動化改革從局部探索正式切換調整為業務運作，意味著我國地面氣象觀測從人工觀測邁進全面自動化的新時代。氣象觀測員多年來使用的玻璃溫度表、水銀氣壓計等儀器將成為“文物”了。而通過配備自動觀測設備及應用衛星遙感、多源數據自動綜合判識、智慧圖像識別等技術手段，地面氣象自動化觀測的現實基礎已越來越牢靠。

自動化觀測較人工觀測更精密

在氣象學上，雲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。不同的雲外形特徵有所差異，有積狀雲、層狀雲和波狀雲，這些雲中又有不同種類的雲。對雲的觀測包括雲狀、雲量、雲高等項目，涉及三族十屬二十九類雲，較為複雜。

多年來，為了更為精準地觀測雲，氣象觀測員多在能看到全部天空及地平線的開闊地點或平臺觀測雲量、雲高，且需關注連續演變情況。若是陽光強烈，觀測員需戴黑色眼鏡觀測，以避免太陽輻射産生視程障礙。目測雲高，則需要根據雲塊大小、亮度、顏色、移動速度等情況，結合當地常見雲高範圍估測。在這個過程中，雲是變化的，高度或增或減，人工觀測雲時易出現主觀誤差。

面對同一片天空，通過自動化的觀測設備完成對雲遮蔽天空視野成數的雲量觀測和雲底距測站垂直距離的雲高觀測，結果將會更為客觀。

不止如此，對於能見度的觀測，相較於人工觀測，自動化能見度觀測是連續、實時的，觀測的可比性和穩定性較好，觀測的精度和時間解析度不斷提高，對於提升能見度預報的精細化水準將持續發揮重要作用。

對於高速公路上的流動“殺手”團霧，往往由於持續時間短、變化快，人工觀測可能無法準確捕捉能見度變化情況，但自動觀測儀容易察覺。這意味著團霧監測空白地帶在減小，未來對局地團霧、近地面霧的監測預警會更有效。

而在經歷一次次天氣現象自動化觀測試驗後，對於降水、地面凝結、雷電等天氣現象，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景圖像，持續進行天氣現象自動化觀測。從天氣圖像採集到處理，再到大數據、深度學習、人工智慧等更豐富的智慧演算法的應用，天氣現象資料將被更精密地觀測。

從人工觀測到自動化觀測，需要攻克和推進應用雲、能見度和天氣現象三方面的關鍵技術。如今，這些關鍵技術已被突破，自動化觀測自然水到渠成。

據國家氣象資訊中心實時監控顯示，自動化氣象觀測頻次較人工觀測約提高4到8倍，其中雲觀測站點數約提高3倍，數據量較人工觀測約增加10倍；觀測數據傳輸用時由分鐘級優化至秒級，到報完整率達99%以上，傳輸頻次從5分鐘提升至1分鐘，數據傳輸頻次與效率大幅提高。地面氣象觀測頻次、傳輸效率和數據量方面的提升，增強了我國氣象觀測“監測精密”能力。

自動化觀測發展空間廣闊

地面氣象觀測自動化與氣象預報服務有效銜接，自然會碰撞出更多的“火花”。高頻次、高數據傳輸效率和更豐富的氣象觀測數據，在國家級和省級兩級數據環境的實時落地，作為業務數據接入氣象資訊綜合分析處理系統平臺，將會在實況監測、預報預警、智慧網格實況融合分析等業務中得到普遍應用。這將更好地滿足氣象預報服務需求，為實現“預報精準、服務精細”的要求提供有力支撐，從而更好地保障服務防災減災救災等國家戰略實施。

對於氣象預報員而言，觀測數據十分重要。綜合利用各種觀測手段得來的數據，才能得出盡可能精準的預報結論。“包括氣象預報員在內的廣大用戶將能獲取到多要素、高精度、全天候的自動氣象觀測産品。我們能看到的不僅是用數字、文字表示的觀測結果，還有全國所有氣象臺站或關鍵地點的實景圖像、視頻，可幫助我們更直觀、連續地了解各地天氣實況。”國家級首席預報員葉成志説。

天氣預報的核心工具是數值天氣預報。如今的天氣預報技術已由單一天氣圖經驗預報轉變為以數值預報産品為基礎、多種觀測資料綜合應用的現代技術。而數值天氣預報是以氣象觀測資料為初值條件，通過巨型電腦進行數值計算，再用流體力學和熱力學方程組進行求解，進而預測未來的大氣運動狀態。

地面氣象觀測自動化還會為氣象觀測研究型業務的發展贏得空間。如一些地方推出智慧氣象觀測手機軟體、智慧氣象臺站系統建設，以及“天臉識別”等新型探測技術裝備，這也為推動觀測智慧化發展提供了技術支援。

中國氣象局氣象探測中心高級工程師張鑫介紹，地面氣象觀測自動化還有改進的空間，下一步或將朝著“雲+端”技術新模式方向探索。如果能在大數據、人工智慧方向繼續深挖，賦予自動化更多智慧思考和運算，同樣也會降低數據差錯率。