互聯(lián)網(wǎng)+背景下智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)架構(gòu)研究*

王興 周娟 卞浩瑄 曾康

(1.南京信息工程大學(xué)大氣與環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，江蘇 南京 210044;2.杭州市氣象臺(tái)，浙江 杭州 310017；3.南京信息工程大學(xué)馬克思主義學(xué)院，江蘇 南京 210044)

0 引 言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”與傳統(tǒng)行業(yè)不斷的融合、創(chuàng)新，有關(guān)“互聯(lián)網(wǎng)+氣象+”專業(yè)服務(wù)模式的研究，愈發(fā)受到各行業(yè)專家和研究人員的重視。眾所周知，氣象災(zāi)害是嚴(yán)重影響人類生產(chǎn)活動(dòng)甚至生存的重要因素之一。聯(lián)合國(guó)減災(zāi)辦公室(UNISDR)指出，在過去的20 a間，因氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)萬億美元，因強(qiáng)對(duì)流引發(fā)的災(zāi)害性天氣造成的破壞程度較上十年有較大幅度的上升[1]。同時(shí)，全球氣候變化也正在加大極端天氣事件的發(fā)生概率和影響程度，氣象和氣候?yàn)?zāi)害仍將持續(xù)地影響社會(huì)的發(fā)展[2]。德國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家弗里德黑姆·施瓦茨(Friedhelm Schwarz)在其報(bào)告中指出，天氣在80%的世界經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中起到關(guān)鍵性作用[3]。

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化和我國(guó)全面深化改革進(jìn)程的不斷推進(jìn)，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)+背景下智慧氣象服務(wù)，已然成為氣象行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的目標(biāo)和方向。近10 a來，我國(guó)氣象核心業(yè)務(wù)的技術(shù)水平和服務(wù)能力已取得長(zhǎng)足進(jìn)步[4,5]，但公眾和各個(gè)氣象敏感行業(yè)對(duì)氣象服務(wù)能力的期望與要求也越來越高。這主要是因?yàn)闅庀蠓?wù)模式及服務(wù)能力提升的進(jìn)程跟不上社會(huì)發(fā)展的節(jié)奏，與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)氣象軟實(shí)力不強(qiáng)，科技支撐能力不夠，服務(wù)創(chuàng)新性不足等問題依然突出[6,7]。

世界銀行(World Bank)2017年召開的國(guó)際氣象信息服務(wù)與全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展論壇報(bào)告指出：未來10 a全球氣象經(jīng)濟(jì)將會(huì)增長(zhǎng)10倍。經(jīng)濟(jì)學(xué)界“德爾菲氣象定律”指出，商業(yè)氣象服務(wù)的投資回報(bào)率高達(dá)1:98。據(jù)國(guó)家氣象局和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局聯(lián)合統(tǒng)計(jì)公報(bào)指出，僅我國(guó)氣象部門提供的氣象服務(wù)，每年在國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面創(chuàng)造的價(jià)值近3328億人民幣，投資回報(bào)率約為1:69[8,9]。未來中國(guó)按需定制商業(yè)氣象服務(wù)的價(jià)值超過2000億元?？梢?，互聯(lián)網(wǎng)+背景下的智慧氣象服務(wù)仍有相當(dāng)巨大的發(fā)展空間，而要加速發(fā)展就需要突破現(xiàn)有的一些困難和瓶頸。

1 氣象服務(wù)存在問題淺析

當(dāng)前，我國(guó)專業(yè)氣象服務(wù)的技術(shù)能力和產(chǎn)品精細(xì)化程度，特別是互聯(lián)網(wǎng)+背景下的智慧氣象服務(wù)，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有一定的差距，這主要受限于3方面的原因。

1)氣象關(guān)鍵技術(shù)及業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)步伐很快，氣象標(biāo)準(zhǔn)化工作任重道遠(yuǎn)

為了加快氣象關(guān)鍵技術(shù)與服務(wù)能力的建設(shè)，長(zhǎng)期以來國(guó)家每年投入大量資金用于國(guó)家級(jí)、區(qū)域級(jí)和省市級(jí)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，形成了一批卓有成效的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和服務(wù)體系。但由于天氣系統(tǒng)具有局地性特征，各個(gè)省市地方的氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)研發(fā)過程相對(duì)獨(dú)立，氣象資料解碼、譯碼、質(zhì)量控制和高性能存儲(chǔ)等業(yè)務(wù)存在重復(fù)建設(shè)，且數(shù)據(jù)格式不完全統(tǒng)一，給氣象數(shù)據(jù)、產(chǎn)品的共享共用帶來極大困難。而基于開源的統(tǒng)一開發(fā)平臺(tái)、代碼管理平臺(tái)、產(chǎn)品共享與分發(fā)接口等建設(shè)工作，其統(tǒng)籌難度大，研發(fā)門檻高。由于氣象數(shù)據(jù)種類繁多且氣象觀測(cè)技術(shù)、手段不斷更新，同時(shí)，各級(jí)氣象部門都在積極研發(fā)適用于當(dāng)?shù)氐木?xì)化氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)和產(chǎn)品，用以努力提升服務(wù)能力和質(zhì)量，因此，給上下“一盤棋”、數(shù)據(jù)“一張網(wǎng)”的氣象標(biāo)準(zhǔn)化工作帶來極大挑戰(zhàn)。

2)科研院所學(xué)術(shù)理論創(chuàng)新性強(qiáng)，成果轉(zhuǎn)化能力仍待提升

大氣科學(xué)類專業(yè)高校和科研院所長(zhǎng)期以來是相關(guān)學(xué)術(shù)理論研究的前沿陣地，積累了豐富的具有創(chuàng)新性和應(yīng)用價(jià)值的學(xué)術(shù)成果，但這些成果大多偏重理論，而缺少實(shí)踐檢驗(yàn)和規(guī)?；瘧?yīng)用，往往出現(xiàn)企業(yè)找不到解決關(guān)鍵技術(shù)問題的途徑，而且學(xué)術(shù)成果難以在企業(yè)實(shí)施成果轉(zhuǎn)化和商用。更重要的是，高校和科研院所可用的氣象初級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)相對(duì)單一，對(duì)市場(chǎng)技術(shù)需求認(rèn)識(shí)相對(duì)不足。

3)商業(yè)氣象服務(wù)市場(chǎng)需求旺盛，科技和服務(wù)能力須齊頭并進(jìn)

隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)與人工智能技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)氣象服務(wù)能力與日益增長(zhǎng)的商業(yè)需求、社會(huì)需求之間的不適應(yīng)性越發(fā)突顯，尤其是天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性和精細(xì)化程度依然不能滿足社會(huì)和氣象敏感行業(yè)的需求，個(gè)性化氣象服務(wù)產(chǎn)品還不夠豐富，且核心技術(shù)的水平與世界先進(jìn)水平之間仍有較大差距[10]。

2 眾創(chuàng)平臺(tái)建構(gòu)的意義

1)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)訪問接口，實(shí)現(xiàn)氣象關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的眾創(chuàng)

2019年5月，中國(guó)氣象局于新文副局長(zhǎng)在第二次全國(guó)氣象標(biāo)準(zhǔn)化工作會(huì)議中指出，當(dāng)前國(guó)內(nèi)氣象業(yè)務(wù)部門長(zhǎng)期業(yè)務(wù)化應(yīng)用的天氣雷達(dá)超過4家不同廠商，其數(shù)據(jù)格式、技術(shù)規(guī)范均不統(tǒng)一，往往造成雷達(dá)拼圖等產(chǎn)品存在失真，進(jìn)而影響到后續(xù)雷達(dá)預(yù)報(bào)等業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確性。類似的問題在加密自動(dòng)氣象站、氣象衛(wèi)星、風(fēng)廓線儀等觀測(cè)或探測(cè)資料中同樣存在。為了在一定程度上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)平臺(tái)設(shè)計(jì)并構(gòu)建一套規(guī)范化的數(shù)據(jù)流和中間件，并通過API的方式向用戶提供訪問權(quán)限可控、可監(jiān)管的應(yīng)用程序編程接口。

一般用戶而言，眾創(chuàng)平臺(tái)就是一系列兼具靈活性和高可用性的編程接口，通過這些接口實(shí)現(xiàn)各自的數(shù)據(jù)訪問、初級(jí)功能調(diào)用，以及二級(jí)開發(fā)成果的提交、調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)算法、軟件、服務(wù)的交付，輸出和交換個(gè)性化產(chǎn)品，進(jìn)而形成眾創(chuàng)架構(gòu)的氣象共享服務(wù)和經(jīng)濟(jì)模式。事實(shí)上，類似的模式在國(guó)內(nèi)并不罕見，例如，阿里云通過開放API，實(shí)現(xiàn)云服務(wù)、云資料、云計(jì)算的輕客戶端遠(yuǎn)程管理；再如，百度通過開放API向全球的ISV提供接口服務(wù)，拓寬產(chǎn)業(yè)鏈的服務(wù)方式和服務(wù)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)跨境、跨電商、跨企業(yè)、跨服務(wù)以及新技術(shù)的共創(chuàng)共建共贏。

2)整合氣象基礎(chǔ)算法和產(chǎn)品，眾創(chuàng)新技術(shù)、新方法和新產(chǎn)品

智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)平臺(tái)將整合氣象算法的程序資源，如各類報(bào)文的解碼、譯碼、氣象觀測(cè)資料的質(zhì)量控制、天氣雷達(dá)和氣象衛(wèi)星等探測(cè)資料的預(yù)處理、常用數(shù)值天氣模式、海洋模式和環(huán)境模式的運(yùn)行維護(hù)及產(chǎn)品輸出等，減少程序重復(fù)編寫所耗費(fèi)的時(shí)間和人力投入，同時(shí)提供新算法可迭代更新的算法云服務(wù)。算法云將面向有算法需求的各界人士，特別是氣象及相關(guān)領(lǐng)域的研究人員、專家、教師和學(xué)生，提供可視化的算法應(yīng)用。整合氣象數(shù)據(jù)與用戶數(shù)據(jù)、線上計(jì)算和存儲(chǔ)資源，使用戶無需編程即可完成計(jì)算。同時(shí)，計(jì)算結(jié)果也提供下載和圖形處理等相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)用戶從數(shù)據(jù)獲取、在線計(jì)算、圖形圖像產(chǎn)品生成的一站式服務(wù)。

3)降低氣象關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的門檻，提高新產(chǎn)品研發(fā)和測(cè)試的效率

由于天氣系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)于天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警和氣候預(yù)測(cè)的每一點(diǎn)改進(jìn)，都需要大量的理論基礎(chǔ)、專業(yè)技術(shù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)踐，以及經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)作為支撐，并為之付出巨大努力。而對(duì)于氣象領(lǐng)域的初創(chuàng)公司或個(gè)人而言，既不掌握海量氣象數(shù)據(jù)，也不掌握高級(jí)技術(shù)，往往連信息觸達(dá)渠道都沒有，即便他們有一些新的創(chuàng)意和好的想法，也很難付諸實(shí)踐，形成能被社會(huì)認(rèn)同或具有市場(chǎng)價(jià)值的產(chǎn)品。智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)平臺(tái)的應(yīng)用，能夠極大地降低氣象關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的門檻，最大化地附能個(gè)人或初創(chuàng)企業(yè)。他們只需將研發(fā)精力專注于如何改善預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的空間分辨率，預(yù)報(bào)的時(shí)效性和準(zhǔn)確率，以及各類氣象敏感行業(yè)對(duì)于氣象新產(chǎn)品的需求，而不必再?gòu)母黝悮庀笥^測(cè)數(shù)據(jù)的獲取、解碼、譯碼、預(yù)處理等基礎(chǔ)工作做起，極大提高了新產(chǎn)品研發(fā)和測(cè)試的效率。

3 眾創(chuàng)平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)總體架構(gòu)

智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)平臺(tái)的建設(shè)是一項(xiàng)集氣象計(jì)算環(huán)境基礎(chǔ)搭建、氣象關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和智慧氣象服務(wù)推廣于一體的系統(tǒng)性工程。在核心技術(shù)層面，平臺(tái)建設(shè)重點(diǎn)統(tǒng)合全球多源氣象資料大數(shù)據(jù)資源，加強(qiáng)氣象關(guān)鍵技術(shù)科研轉(zhuǎn)化力度，突出氣象服務(wù)和專業(yè)化、精細(xì)化產(chǎn)品的眾創(chuàng)、共享。在功能方面，除了整合天氣數(shù)值預(yù)報(bào)、短時(shí)臨近預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)等一批現(xiàn)代氣象服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)外，還涉及眾多IT前沿高新技術(shù)，如分布式與并行架構(gòu)、異構(gòu)計(jì)算、多源氣象資料大數(shù)據(jù)挖掘、人工智能識(shí)別、云計(jì)算、圖形圖像處理、數(shù)模構(gòu)建及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。平臺(tái)建成后可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用、氣象科學(xué)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化、氣象服務(wù)眾創(chuàng)、共享以及智能服務(wù)。

創(chuàng)新開發(fā)個(gè)人、團(tuán)隊(duì)、公司和氣象相關(guān)機(jī)構(gòu)等可作為平臺(tái)的用戶，依托眾創(chuàng)平臺(tái)進(jìn)行眾創(chuàng)開發(fā)，他們將不必再為各類氣象資料的獲取、解碼、譯碼、預(yù)處理、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)更新、數(shù)值模式運(yùn)維、初級(jí)產(chǎn)品加工等基礎(chǔ)性和通用性工作花費(fèi)大量時(shí)間精力和人力成本，他們可專注和致力于面向精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和氣象防災(zāi)減災(zāi)等二次產(chǎn)品的研發(fā)，進(jìn)一步完善農(nóng)業(yè)與生態(tài)氣象、環(huán)境氣象、海洋氣象、航空氣象、水文氣象等專業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體系，提高整個(gè)氣象服務(wù)軟件系統(tǒng)的耦合度，降低新產(chǎn)品、新服務(wù)研發(fā)推廣應(yīng)用的成本和時(shí)間周期，拓展和規(guī)范專業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)產(chǎn)品，延長(zhǎng)預(yù)報(bào)時(shí)效，提升服務(wù)的智能化水平。

3.2 平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)

如圖1所示，智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)平臺(tái)主要包括多源氣象資料綜合處理、數(shù)值模式、天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警、海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警以及業(yè)務(wù)監(jiān)控管理和平臺(tái)管理等系統(tǒng)層級(jí)部件構(gòu)成。

整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)包含美國(guó)和歐洲的全球數(shù)值模式，國(guó)家局的衛(wèi)星、數(shù)值模式數(shù)據(jù)，地方氣象局的自動(dòng)站、雷達(dá)等觀探測(cè)數(shù)據(jù)，區(qū)域中尺度模式及航空、海洋等行業(yè)數(shù)據(jù)。多源氣象資料綜合處理系統(tǒng)通過多種方式采集并存儲(chǔ)這些氣象資料，并進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量控制、資料融合等處理。大數(shù)據(jù)管理層通過采用合適的分布式或并行算法實(shí)現(xiàn)海量氣象數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)。核心業(yè)務(wù)層包括數(shù)值模式，天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警，環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警，海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警等5個(gè)主要系統(tǒng)，采用中間件技術(shù)和插件式運(yùn)維管理，隨著業(yè)務(wù)功能和服務(wù)內(nèi)容的不斷擴(kuò)展，這些系統(tǒng)層級(jí)功能部件還將不斷增加和完善。

1)多源氣象資料綜合處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)氣象數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理、多源氣象資料質(zhì)量控制以及資料的融合處理。其中，氣象數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、數(shù)據(jù)接收通知、缺失告警、人工補(bǔ)正、數(shù)據(jù)前處理、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)解析入庫(kù)、氣象要素文件生成、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理以及權(quán)限可控的數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)分發(fā)和相應(yīng)管理功能等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理支持并行文件系統(tǒng)或分布式文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)并發(fā)訪問支持高吞吐量、高容錯(cuò)的性能要求。質(zhì)量控制主要針對(duì)地面觀測(cè)、探空、天氣雷達(dá)和氣象衛(wèi)星等多種資料，分別進(jìn)行嚴(yán)密的質(zhì)量控制檢查，精準(zhǔn)剔除無效報(bào)文和可疑報(bào)文，為后續(xù)各類天氣預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)提供準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)觀料，進(jìn)而提高預(yù)報(bào)、預(yù)警的準(zhǔn)確率。

圖1 智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)平臺(tái)總體架構(gòu)圖

2)數(shù)值模式系統(tǒng)

數(shù)值模式系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)上常用的幾種數(shù)值模式和資料同化系統(tǒng)的部署和基本參數(shù)優(yōu)化，利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)值模式的柔性副本，用戶通過本平臺(tái)的API靈活配置，搭建滿足個(gè)性化需求的數(shù)值模式輸入資料、模式參數(shù)、計(jì)算處理過程以及輸出產(chǎn)品，且各個(gè)副本之間相互獨(dú)立，可極大降低普通用戶對(duì)于數(shù)值模式軟件系統(tǒng)運(yùn)維的時(shí)間成本和復(fù)雜性。

3)天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)

天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)由災(zāi)害性天氣智能識(shí)別、預(yù)警、定量降水預(yù)報(bào)、臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警和精細(xì)化要素預(yù)報(bào)等核心業(yè)務(wù)功能組成。災(zāi)害性天氣智能識(shí)別、智能預(yù)警利用天氣雷達(dá)等非常規(guī)資料，在該專業(yè)領(lǐng)域主流算法和理論基礎(chǔ)上，研發(fā)更先進(jìn)的災(zāi)害性天氣智能識(shí)別預(yù)警算法模型，提高對(duì)龍卷、中氣旋、冰雹、雷暴、強(qiáng)對(duì)流大風(fēng)和下?lián)舯┝鞯葹?zāi)害性天氣現(xiàn)象準(zhǔn)確判別的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，為智慧氣象、民用航空氣象和農(nóng)業(yè)氣象等應(yīng)用領(lǐng)域提供初級(jí)產(chǎn)品，平臺(tái)用戶可在此基礎(chǔ)上研發(fā)更加豐富、更加精細(xì)化、個(gè)性化的預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品。定量降水預(yù)報(bào)利用天氣雷達(dá)探測(cè)資料，采用交叉相關(guān)分析、光流法以及人工智能相關(guān)技術(shù)，研發(fā)新一代的短臨降水預(yù)報(bào)算法模型，將0～1 h降水預(yù)報(bào)的成功指標(biāo)再提升5%～10%。采用Blending融合技術(shù)，結(jié)合對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的改進(jìn)，將1～3 h，3～12 h的降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率進(jìn)一步提升4%～8%。臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警利用氣象衛(wèi)星等資料實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)中心的自動(dòng)識(shí)別、臺(tái)風(fēng)定位、定強(qiáng)分析、臺(tái)風(fēng)發(fā)展路徑分析、臺(tái)風(fēng)中心位置外推預(yù)報(bào)等功能。精細(xì)化氣象要素預(yù)報(bào)則是利用INCA和WRF等數(shù)值模式產(chǎn)品，結(jié)合雷達(dá)、地面觀測(cè)及其他氣象數(shù)據(jù)，研發(fā)新一代的數(shù)據(jù)融合算法模型，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化氣象要素預(yù)報(bào)。

4)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)主要由空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析、空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)檢驗(yàn)分析和大氣污染物智能預(yù)警等幾個(gè)核心業(yè)務(wù)功能模塊組成。利用激光雷達(dá)等設(shè)備對(duì)霾和空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，并提供精細(xì)、準(zhǔn)確的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及霾和空氣質(zhì)量的變化趨勢(shì)。部署WRF-Chem區(qū)域大氣動(dòng)力-化學(xué)耦合模式，輸出精細(xì)化的AQI、PM2.5、PM10、O3、NO2、SO2和CO等環(huán)境預(yù)報(bào)場(chǎng)產(chǎn)品。同時(shí)，研發(fā)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)分析算法模型，對(duì)眾創(chuàng)平臺(tái)預(yù)報(bào)出的空氣質(zhì)量產(chǎn)品進(jìn)行客觀實(shí)時(shí)的檢驗(yàn)，以輔助數(shù)值模式參數(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

5)海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)

海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)主要由海洋要素預(yù)報(bào)、海洋短期天氣預(yù)報(bào)、近海風(fēng)能指數(shù)預(yù)報(bào)和海洋氣象要素預(yù)報(bào)檢驗(yàn)等核心業(yè)務(wù)功能組成。根據(jù)大氣科學(xué)、海洋科學(xué)相關(guān)理論和前期成果，研發(fā)相關(guān)的算法模型對(duì)近海地區(qū)未來的天氣作出分析和預(yù)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上采用卡爾曼濾波釋用(KLM)、最優(yōu)集成預(yù)報(bào)(OCF)技術(shù)、模式輸出統(tǒng)計(jì)(MOS)方法、完全預(yù)報(bào)(PP)方法、動(dòng)力相似預(yù)報(bào)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模等技術(shù)方法進(jìn)行客觀化預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用，并實(shí)現(xiàn)浪、潮、涌和洋流等海洋要素的預(yù)報(bào)，以及海上大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水、雷電等強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)概率預(yù)報(bào)，提供更為準(zhǔn)確的客觀要素預(yù)報(bào)結(jié)果。

6)平臺(tái)基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)

平臺(tái)基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)主要包括業(yè)務(wù)監(jiān)控管理和平臺(tái)管理，主要負(fù)責(zé)對(duì)該平臺(tái)的業(yè)務(wù)運(yùn)行狀況、作業(yè)調(diào)度情況、系統(tǒng)運(yùn)行狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，對(duì)平臺(tái)的用戶信息、角色信息、權(quán)限配置、日志管理、產(chǎn)品配置等進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)。

3.3 平臺(tái)數(shù)據(jù)流與業(yè)務(wù)流

眾創(chuàng)平臺(tái)的用戶包括兩個(gè)層級(jí)。一級(jí)是直接用戶，根據(jù)平臺(tái)賦予的權(quán)限，他們能夠訪問各個(gè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)和功能模塊的產(chǎn)品及應(yīng)用服務(wù)。舉例來說，某氣象業(yè)務(wù)人員，通過該平臺(tái)成功注冊(cè)并獲取某些功能模塊的使用授權(quán)后，便能訪問相應(yīng)的產(chǎn)品，產(chǎn)品的形式包括平臺(tái)生成的氣象數(shù)據(jù)、圖表以及基于Web(瀏覽器)的軟件系統(tǒng)，同時(shí)可檢索或下載感興趣的產(chǎn)品。對(duì)于科研人員，他們不僅能夠訪問權(quán)限以內(nèi)的平臺(tái)產(chǎn)品，還能在此平臺(tái)上編寫自己的算法程序，平臺(tái)通過虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同用戶平臺(tái)的硬盤存儲(chǔ)空間、CPU、內(nèi)存等硬件資源相互獨(dú)立和隔離，既有效保護(hù)每位用戶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，有利于平臺(tái)硬件資源的合理分配和監(jiān)控。直接用戶中還有一類屬于高級(jí)用戶，他們的真實(shí)身份可以是有氣象理論知識(shí)和軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的個(gè)人，也可以是其他軟件公司、科研院所或氣象業(yè)務(wù)部門的工作人員，他們可基于本平臺(tái)的各個(gè)功能、模塊、子系統(tǒng)，“繼承式”地定制開發(fā)滿足個(gè)性化需求的軟件功能、軟件模塊或軟件子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于該平臺(tái)的二次開發(fā)，二次開發(fā)的產(chǎn)品可為氣象業(yè)務(wù)部門、民航氣象部門、新能源氣象部門及各個(gè)氣象敏感行業(yè)提供服務(wù)。

用戶可以靈活選擇是否將二級(jí)開發(fā)的源代碼、算法程序或產(chǎn)品進(jìn)行公開和分享，成果分享支持有償和無償?shù)姆绞健?duì)于有償分享，其他用戶通過付費(fèi)使用，其所產(chǎn)生的收益將反饋給分享的用戶。

3.4 眾創(chuàng)平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景展望示例

具備氣象學(xué)相關(guān)理論的用戶或組織機(jī)構(gòu)，依托眾創(chuàng)平臺(tái)可自主開發(fā)或在現(xiàn)有氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級(jí)精細(xì)化的氣象要素預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如實(shí)現(xiàn)基于氣象云的格點(diǎn)預(yù)報(bào)和實(shí)時(shí)訂正，實(shí)現(xiàn)基于多維度的以格點(diǎn)、站點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的處理和共享，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)及產(chǎn)品更新的一體化、全要素、全時(shí)序、多級(jí)協(xié)同預(yù)報(bào)服務(wù)流程，進(jìn)而達(dá)到氣象預(yù)報(bào)專業(yè)技術(shù)能力相互促進(jìn)提升與成果共享的目標(biāo)。

在智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)方面，依托眾創(chuàng)平臺(tái)，用戶可進(jìn)一步開發(fā)格點(diǎn)化農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)、農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)等功能模塊，為春玉米、冬小麥、水稻等作物生長(zhǎng)狀況提供更加精細(xì)化、客觀化的氣象服務(wù)。再如，眾創(chuàng)用戶通過此平臺(tái)提供的API和產(chǎn)品，進(jìn)一步結(jié)合高分辨率數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式、大氣環(huán)流模式GCM、氣象要素客觀預(yù)報(bào)模型、地面遙感信息與常規(guī)氣象觀測(cè)資料的果園區(qū)氣象預(yù)報(bào)預(yù)警模型，可構(gòu)建覆蓋大范圍地區(qū)甚至全國(guó)范圍的精細(xì)化果林農(nóng)業(yè)氣象綜合信息服務(wù)平臺(tái)，提供包括各規(guī)劃園區(qū)的歷史農(nóng)業(yè)氣象條件分析查詢,種植園區(qū)溫、濕、風(fēng)、天氣現(xiàn)象等短、中期精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)及短期氣候預(yù)測(cè),冰凍、干旱、積澇、強(qiáng)降水、冰雹、臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報(bào)在內(nèi)的專業(yè)氣象服務(wù)，為果園選址、果蔬種植、培育計(jì)劃等提供科學(xué)指導(dǎo)和決策支持。

4 結(jié) 語

互聯(lián)網(wǎng)+背景下的智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)平臺(tái)，能夠降低氣象關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的門檻，提高新產(chǎn)品研發(fā)和測(cè)試的效率，實(shí)現(xiàn)氣象關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的眾創(chuàng)，打造氣象API共享經(jīng)濟(jì)，并且整合氣象基礎(chǔ)算法和產(chǎn)品，讓用戶(包括創(chuàng)新開發(fā)個(gè)人、團(tuán)隊(duì)、公司和氣象相關(guān)機(jī)構(gòu)等)致力于面向防災(zāi)減災(zāi)和民生需求，以發(fā)展高影響天氣預(yù)報(bào)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警為目標(biāo)，將研發(fā)重心專注于市場(chǎng)各個(gè)氣象敏感行業(yè)的需求以及新技術(shù)的研發(fā)，進(jìn)一步完善農(nóng)業(yè)氣象、生態(tài)氣象、環(huán)境氣象、海洋氣象、航空氣象、水文氣象等專業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體系，拓展和規(guī)范專業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)產(chǎn)品，延長(zhǎng)預(yù)報(bào)時(shí)效，提高業(yè)務(wù)平臺(tái)智能化水平，以及短臨預(yù)報(bào)、中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)的精細(xì)化程度與預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，跟進(jìn)社會(huì)發(fā)展及各個(gè)行業(yè)對(duì)氣象服務(wù)的更高要求。

綜上所述，“智慧氣象”作為當(dāng)前該行業(yè)高層次的發(fā)展目標(biāo)，“互聯(lián)網(wǎng)+氣象+專業(yè)服務(wù)”模式必將得到更深、更廣的發(fā)展。打造智慧氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)眾創(chuàng)平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)氣象關(guān)鍵技術(shù)與服務(wù)眾創(chuàng)，產(chǎn)品與社會(huì)效益共享，極大地提升專業(yè)氣象服務(wù)在各行各業(yè)的綜合能力。