智能網(wǎng)格預報業(yè)務(wù)發(fā)展前景下預報員作用的思考

李明娟，戴昌明，井 宇

(陜西省氣象臺，西安 710014)

氣象預報技術(shù)領(lǐng)域是最早引進人工智能技術(shù)的專業(yè)領(lǐng)域之一，上個世紀80年代以來研發(fā)了一系列預報專家系統(tǒng)。隨著數(shù)值預報模式越來越精確，多模式集合預報技術(shù)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用是智能網(wǎng)格預報業(yè)務(wù)發(fā)展的新動能。一方面，基于數(shù)值預報機理的數(shù)理統(tǒng)計形成復雜預報模型、預報方法；另一方面，通過基于氣象大數(shù)據(jù)的挖掘萃取、機器學習等，人工智能將與天氣預報更深入地結(jié)合。智能化預報基于大數(shù)據(jù)的分析和挖掘，對各種不同數(shù)據(jù)進行綜合研判，從而形成最終的預報結(jié)果[1]。信息化技術(shù)成為智能預報的精細化程度的重要推動。智能網(wǎng)格預報是精細化預報的發(fā)展方向。在云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)推動下，氣象信息化不斷推進，基于數(shù)值預報和大數(shù)據(jù)應(yīng)用，結(jié)合智能化的預報算法的天氣預報業(yè)務(wù)也在飛速發(fā)展。

智能網(wǎng)格預報迅速發(fā)展，客觀手段逐步替代了氣象預報員的部分工作，與之前相比，預報員的作用如何發(fā)揮？利用MICAPS常規(guī)數(shù)據(jù)、陜西現(xiàn)代氣象一體化智能網(wǎng)格預報平臺系統(tǒng)(以下簡稱“智能網(wǎng)格系統(tǒng)”)預報檢驗數(shù)據(jù)、以及陜西天氣業(yè)務(wù)實時評估平臺預報評分數(shù)據(jù)，結(jié)合預報服務(wù)實例進行了分析，試圖就這個問題提出一些分析和思考。

1 預報員的主觀預報與多模式集成預報對比

陜西省一體化智能格點預報平臺以數(shù)值預報為基礎(chǔ)，采用動態(tài)交叉取優(yōu)(DCOEF)技術(shù)進行客觀化模式釋用，可調(diào)入ECMWF、JAPAN、GRAPES-MESO、NECP等不同數(shù)值預報模式，可對全國統(tǒng)一預報場進行本省范圍內(nèi)局部更新[2]。平臺提供十余類格點預報編輯工具，預報員可直觀便捷地進行圖形化格點編輯，對數(shù)值預報進行主觀訂正。這一平臺于2017年1月開始在陜西省氣象臺雙軌運行。為了分析和比較預報員和智能網(wǎng)格系統(tǒng)的預報能力，對2017年1—6月陜西省氣象臺預報員的綜合主觀預報結(jié)果與智能網(wǎng)格系統(tǒng)的多模式集成結(jié)果進行對比分析，選取陜西省100個站點，預報要素為24 h一般性降水預報，起報時間為當日20時，評分方法采用TS評分。

從圖1可見，對于一般性降水來說，24 h多模式集成產(chǎn)品的TS評分基本上略高于預報員綜合主觀預報的TS評分。溫度預報的對比結(jié)果與降水類似(圖略)。數(shù)值模式預報的結(jié)果完全是由智能網(wǎng)格系統(tǒng)通過模擬降水的物理過程來計算和預報的，整個過程是不需要人工干預的。而預報員的預報結(jié)果是預報員利用實況觀測資料、數(shù)值預報的形勢場和降水格點預報、衛(wèi)星云圖、雷達回波等所有可以利用的資料，根據(jù)自身的預報經(jīng)驗判斷分析后，人工制作出的100個站的預報。從結(jié)果來看，就一般性降水而言智能網(wǎng)格系統(tǒng)比人工精確，只要對數(shù)值模式的建模和參數(shù)化過程不斷完善，隨著氣象觀測網(wǎng)不斷的加密和資料來源的不斷豐富，智能網(wǎng)格系統(tǒng)完全取代預報員的工作并非不可預見。

圖1 2017年1—6月陜西省氣象臺預報員綜合主觀與智能網(wǎng)格系統(tǒng)多模式集成24 h一般性降水預報TS評分

2 個案分析

2017年8月11—14日，西安及其周邊地區(qū)發(fā)生了一次分散性強對流天氣過程。8月14日06—08時，西安站出現(xiàn)了8.0 mm的降水，且最大雨強出現(xiàn)時段為06：30—07：30。由于部分低洼地段出現(xiàn)了積水，對交通造成了很大的壓力，加劇了早高峰的擁堵。對這個天氣過程的預報服務(wù)作一個簡單的分析。

圖2(圖略)是陜西現(xiàn)代氣象一體化智能網(wǎng)格預報平臺系統(tǒng)8月13日20時起報的未來12 h陜西省降水量預報圖，在模式給出的格點預報結(jié)果中，西安站沒有預報降水，也就是說模式?jīng)]有預報06—08時的降水。但是陜西省氣象臺的值班預報員在13日16時發(fā)布的起報時間為20時的12 h預報中提到“明天白天(預報時效08—20時)全省多云間晴天，關(guān)中南部局地和陜南東部局地有陣雨或雷陣雨(0～5 mm)。” 同時,當日21時發(fā)布12小時短時預報(預報時效21—09時)，預報了西安地區(qū)局地雷陣雨。雖然預報的精準度較低，但是在數(shù)值預報完全沒有考慮降水的情況下，預報員經(jīng)過對各種觀測資料的綜合分析能夠預報出西安的陣雨和雷陣雨，這是智能網(wǎng)格系統(tǒng)至少在目前和未來的一段時間內(nèi)無法做到的。

數(shù)值模式是按照一定的算法來模擬天氣過程，但是對于短臨預報范圍內(nèi)的天氣過程，一般來說尺度小，突發(fā)性強，天氣的類型多。根據(jù)《陜西省天氣預報指標》的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，從連陰雨等天氣尺度到突發(fā)性暴雨、冰雹、雷暴等中尺度甚至更小尺度的天氣學模型的分類可以看出，天氣學模型的種類呈現(xiàn)增長趨勢，中小尺度天氣過程呈現(xiàn)出更加多樣、復雜的機理，目前的數(shù)值模式研究還沒有實現(xiàn)多套算法來支持多種中小尺度天氣模擬,在極短的時間內(nèi)將觀測密度不均勻的資料進行同化運算也需要計算能力的進一步發(fā)展。但是，一個有經(jīng)驗的預報員卻有可能根據(jù)自己的綜合分析，在幾分鐘內(nèi)分析并判斷出災害性天氣發(fā)生的可能性，這就是未來預報員在這個行業(yè)中的價值和意義。

3 結(jié)語

從以上的分析可知，在現(xiàn)在及未來一段時期內(nèi)，隨著計算機計算能力的不斷提升，氣象預報的智能化水平將不斷提高，在其發(fā)展的過程中，預報員的職能將相應(yīng)有所轉(zhuǎn)變，對預報員的管理評價也應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整。

(1)在智能預報體系中，要轉(zhuǎn)變預報員的職能，首先要從常規(guī)預報的思維模式轉(zhuǎn)變?yōu)闉暮π蕴鞖饩毣喺A報模式，隨著精細化預報的發(fā)展，預報站點的增多，常規(guī)預報將由智能預報系統(tǒng)完成，預報員的預報職能將是快速訂正短臨預警和高影響天氣預報。

(2)預報員的另一項重要職能將是利用智能平臺，對氣象預報預警產(chǎn)品和氣象災害觀測數(shù)據(jù)的快速分析和正確翻譯解讀，為政府決策者推送有針對性的氣象信息，為應(yīng)急管理組織提供技術(shù)支持，為城市防災減災服務(wù)。

(3)預報員的管理評價體系也應(yīng)相應(yīng)轉(zhuǎn)變，從過去的常規(guī)氣象要素準確率評分，轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ω哂绊懱鞖庥喺记傻脑u分，同時要定量評價預報員對各種資料和產(chǎn)品的綜合應(yīng)用能力，對天氣氣候理論知識的掌握水平，對預報產(chǎn)品的分析解讀能力，從促進預報技術(shù)水平發(fā)展和提高的角度來培養(yǎng)評價預報員。

隨著智能預報的進一步發(fā)展，預報員的價值將體現(xiàn)在高效利用智能氣象預報平臺來提高預報準確率與服務(wù)針對性，深入研究災害性天氣的機理，總結(jié)預報經(jīng)驗，改進數(shù)值預報模型的算法，為提高人工智能的效果提出建議和方法，成為智能網(wǎng)格系統(tǒng)的主人。

參考文獻：

[1] 孫文海.“智慧氣象”內(nèi)涵及特征分析[J].中國信息化，2014(1):80-91.

[2] 齊軍岐,李社宏,陳力.陜西智慧氣象建設(shè)行動框架探討[J].陜西氣象,2015(6):50-52.