互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

劉巍巍 劉壽東 范秋丹

（1.南京信息工程大學(xué),江蘇 南京 210044;2.中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心,北京 100081）

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

劉巍巍1,2劉壽東1范秋丹2

（1.南京信息工程大學(xué),江蘇 南京 210044;2.中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心,北京 100081）

運(yùn)用比較研究法和個(gè)案研究法，分析了氣象數(shù)據(jù)的特征及其在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用效果；總結(jié)歸納出氣象數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的3個(gè)創(chuàng)新;即思維創(chuàng)新、價(jià)值創(chuàng)新、數(shù)據(jù)創(chuàng)新；并提出讓氣象數(shù)據(jù)“發(fā)聲”和強(qiáng)化氣象和行業(yè)的相關(guān)性研究是氣象數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。

氣象數(shù)據(jù); 氣象服務(wù); 互聯(lián)網(wǎng); 大數(shù)據(jù)

2008年《Nature》出版了“Big Data”?？痆1]，從互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)學(xué)、超級(jí)計(jì)算、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)方面介紹大數(shù)據(jù)所帶來(lái)的挑戰(zhàn)?！禨cience》也在2011年推出數(shù)據(jù)處理“Dealing with Data”?？痆2]，討論大數(shù)據(jù)所帶來(lái)的挑戰(zhàn)和大數(shù)據(jù)科學(xué)研究的重要性。而隨著經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，BAT（百度、阿里巴巴、騰訊）是國(guó)內(nèi)最早開展大數(shù)據(jù)應(yīng)用的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。

2014年5月27日，中國(guó)氣象局與互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里巴巴集團(tuán)建立云平臺(tái)戰(zhàn)略合作，共同挖掘氣象數(shù)據(jù)的深層價(jià)值，正式開啟了大數(shù)據(jù)應(yīng)用的大門。2014年11月，第六次全國(guó)氣象服務(wù)工作會(huì)議提出“發(fā)揮氣象事業(yè)單位和企業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新主體作用，推動(dòng)高時(shí)空分辨率氣象服務(wù)數(shù)值模式應(yīng)用技術(shù)、基于影響的氣象預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、新媒體等新技術(shù)新手段的應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新。”至此，“大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、新媒體”等具有時(shí)代意義的概念被提升到氣象數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用層面，氣象服務(wù)不再僅僅停留在天氣預(yù)報(bào)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用，而是運(yùn)用大數(shù)據(jù)思維，利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，開展氣象大數(shù)據(jù)的深度挖掘和應(yīng)用分析，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)新的價(jià)值突破。

一、大數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)特征比較

（一）大數(shù)據(jù)的定義及特征

2010年，Apache Hadoop組織將大數(shù)據(jù)定義為：“普通的計(jì)算機(jī)軟件無(wú)法在可接受的時(shí)間范圍內(nèi)捕捉、管理、處理的規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)集”。全球知名咨詢公司麥肯錫給出的定義是: 大數(shù)據(jù)是指大小超出常規(guī)的數(shù)據(jù)庫(kù)工具獲取、存儲(chǔ)、管理和分析能力的數(shù)據(jù)集[3]。

隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用的迅速發(fā)展，其特征也從原來(lái)的3v、4v發(fā)展到現(xiàn)在的5v：數(shù)據(jù)體量(Volume)巨大，處理速度(Velocity)快，數(shù)據(jù)種類(Variety)多，數(shù)據(jù)真實(shí)性(Veracity)，商業(yè)價(jià)值(Value)大。大數(shù)據(jù)所蘊(yùn)藏的信息隱藏在海量數(shù)據(jù)之中，想要從海量數(shù)據(jù)中尋找到所需信息，就要通過(guò)高效的計(jì)算方法完成數(shù)據(jù)價(jià)值提煉，這也是大數(shù)據(jù)時(shí)代最需解決的難題。

（二）氣象數(shù)據(jù)的定義

氣象數(shù)據(jù)是反映天氣的一組數(shù)據(jù)，分為氣候資料和天氣資料。氣候資料通常所指的是用常規(guī)氣象儀器所觀測(cè)到各種原始資料的集合以及加工、整理、整編所形成的各種資料。天氣資料是為天氣分析和預(yù)報(bào)服務(wù)的一種實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的氣象資料。目前，由于數(shù)據(jù)安全性等因素限制，大部分開展大數(shù)據(jù)應(yīng)用和研發(fā)的數(shù)據(jù)主要是氣象資料。

氣象資料主要包括地面觀測(cè)、氣象衛(wèi)星遙感、天氣雷達(dá)和數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品等資料，占?xì)庀筚Y料的90%以上。另外，高空探測(cè)、農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)、沙塵和閃電觀測(cè)、風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)等資料也屬于氣象資料。但氣象數(shù)據(jù)的體量與互聯(lián)網(wǎng)、電信、金融、保險(xiǎn)等行業(yè)的大數(shù)據(jù)相比至少低3個(gè)數(shù)量級(jí)，所以說(shuō)氣象數(shù)據(jù)只是大數(shù)據(jù)的子集，具有大數(shù)據(jù)特征，但有其獨(dú)特性。

（三）氣象數(shù)據(jù)的特征

氣象數(shù)據(jù)作為大數(shù)據(jù)的“子集”，有其獨(dú)有特征：

1.數(shù)據(jù)體量(Volume)大，但數(shù)據(jù)量不會(huì)無(wú)限制擴(kuò)大

占?xì)庀筚Y料90%以上的地面觀測(cè)資料、雷達(dá)和衛(wèi)星資料、數(shù)值預(yù)報(bào)資料雖然具有體量大的“大數(shù)據(jù)”特點(diǎn)，但是仍有氣象數(shù)據(jù)自身的特性。地面觀測(cè)站數(shù)量和觀測(cè)頻次是根據(jù)氣象業(yè)務(wù)需求有計(jì)劃增加,而不是無(wú)限制，所以數(shù)據(jù)體量是可以控制的。目前，氣象雷達(dá)布網(wǎng)基本完成，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全天候全國(guó)范圍內(nèi)的不間斷觀測(cè)，可以滿足服務(wù)需求。雖然未來(lái)我國(guó)還會(huì)發(fā)射新的氣象衛(wèi)星，但是氣象衛(wèi)星資料在氣象部門有氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收處理，并提供給專業(yè)氣象人員應(yīng)用分析，其數(shù)據(jù)始終處于可以控制管理的狀態(tài)。數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品資料是專門為預(yù)報(bào)員和科研人員做天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)使用的，不對(duì)外，因此也是可以控制的，未來(lái)也將始終如此[4]。

2.數(shù)據(jù)種類(Variety)多，但來(lái)源和含義單一

按照《氣象資料分類與編碼》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，氣象資料分為14大類，數(shù)百種小類。雖然氣象資料種類多，但每種資料所表示的信息含義都是單一的，如天氣現(xiàn)象、溫度、相對(duì)濕度、能見度、降水量、風(fēng)向風(fēng)力等都只是記錄某一個(gè)地區(qū)在某個(gè)時(shí)間的天氣信息，并且這些數(shù)據(jù)都來(lái)自氣象部門內(nèi)部的儀器觀測(cè)。這與網(wǎng)絡(luò)上的搜索詞條、網(wǎng)購(gòu)數(shù)據(jù)、社交信息等這些來(lái)源繁多的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)有很大差異。氣象數(shù)據(jù)是氣象部門內(nèi)部對(duì)天氣信息的記錄，而大數(shù)據(jù)是人們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上的行為記錄。

3.很難產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但有巨大的相關(guān)性商業(yè)價(jià)值(Value)

正因?yàn)闅庀髷?shù)據(jù)的內(nèi)容單純且來(lái)源單一，也決定了其自身很難直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而是主要應(yīng)用于氣象業(yè)務(wù)，即：天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)以及氣象服務(wù)。但是，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，農(nóng)業(yè)、交通、旅游、醫(yī)療、購(gòu)物、飲食等行業(yè)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，進(jìn)一步厘清氣象條件對(duì)各行業(yè)的影響，并用于指導(dǎo)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。因此，氣象數(shù)據(jù)的商業(yè)價(jià)值主要體現(xiàn)在與其有相關(guān)性的事物上。

可見，氣象數(shù)據(jù)有其獨(dú)特性，氣象數(shù)據(jù)的價(jià)值體現(xiàn)和價(jià)值創(chuàng)新必須要與社會(huì)各行業(yè)龐大的大數(shù)據(jù)相結(jié)合，而不能獨(dú)立應(yīng)用。

二、氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用案例及若干思考

從1904年皮葉克尼斯提出天氣預(yù)報(bào)是一個(gè)物理初值問(wèn)題至今，在短短不到一百年的時(shí)間里，氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。特別是近20年來(lái)，氣象數(shù)據(jù)增長(zhǎng)了近千倍，氣象信息量越大，所蘊(yùn)藏的有效價(jià)值就越多，就越需要深入挖掘分析。而隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，氣象數(shù)據(jù)如何應(yīng)用就更為關(guān)鍵。

2014-2015年，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)迅速崛起，“非常準(zhǔn)”、“航旅縱橫”、“滴滴打車”、“一畝田”等互聯(lián)網(wǎng)公司均與氣象部門建立合作，開展氣象大數(shù)據(jù)應(yīng)用。因此，本文以氣象數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用為個(gè)案，總結(jié)分析氣象大數(shù)據(jù)應(yīng)用的效果、創(chuàng)新點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)。

（一）“氣象+農(nóng)業(yè)”應(yīng)用及效果

天氣和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系尤為緊密，從播種到收獲，溫度、降水、日照、風(fēng)力、蒸發(fā)量等氣象因子對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)都有重要影響。2015年，一畝田與氣象部門建立“氣象+農(nóng)業(yè)”的大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析的合作協(xié)議。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的方案研究，最終確定“氣象+農(nóng)業(yè)”的應(yīng)用場(chǎng)景，包括以下3個(gè)方面：

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面：氣象數(shù)據(jù)可以幫助一畝田指導(dǎo)農(nóng)戶安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，減輕因天氣原因造成的損失。以廣西崇左西瓜為例，由于西瓜喜熱，2015年開春后倒春寒天氣導(dǎo)致大量瓜苗凍死。常年的西瓜上市期，南方普降大雨持續(xù)十幾天，嚴(yán)重影響銷售，農(nóng)管家的交易平臺(tái)上西瓜周均價(jià)一直處于下行。通過(guò)分析氣象數(shù)據(jù)，在連續(xù)降溫降雨前將天氣預(yù)警信息推送給產(chǎn)地用戶，有效地指導(dǎo)了農(nóng)戶安排生產(chǎn)銷售計(jì)劃，減輕了農(nóng)戶因天氣原因帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，為農(nóng)戶帶來(lái)增收。

物流運(yùn)輸方面：氣象數(shù)據(jù)可以幫助物流公司選擇最優(yōu)線路，確保交貨時(shí)間，提升運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本。以一畝田物流為例，與阿里巴巴一樣，一畝田采用“第四方物流”，即不建倉(cāng)庫(kù)不建車隊(duì)，完全依靠社會(huì)運(yùn)力來(lái)解決。一畝田在物流方面同樣扮演的是一個(gè)“信息平臺(tái)”，向能提供物流服務(wù)的社會(huì)運(yùn)力開放，無(wú)論個(gè)人或者公司，都可以在一畝田的平臺(tái)上發(fā)布使用車輛或者提供車輛服務(wù)的信息。例如2015年上半年，南方地區(qū)強(qiáng)降雨天氣持續(xù)，導(dǎo)致北方地區(qū)雞蛋積壓，極大的影響了雞蛋的品質(zhì)與銷量。一畝田“信息平臺(tái)”將天氣趨勢(shì)和預(yù)警信息推送給物流公司，負(fù)責(zé)物流調(diào)度相關(guān)人員提前安排產(chǎn)品運(yùn)輸，確保了交貨時(shí)間。

銷售終端方面：氣象數(shù)據(jù)可以幫助消費(fèi)者預(yù)估市場(chǎng)供需價(jià)格變化，以便合理采購(gòu)，既提供了精準(zhǔn)營(yíng)銷的參考，也增加了銷量。因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)終端消費(fèi)者不僅有公眾，還有大部分用戶是公司，即與公眾日常生活緊密相關(guān)的采購(gòu)方，包括各種類型和層次的批發(fā)商、飯店、超市、深加工企業(yè)和出口貿(mào)易企業(yè)等用戶。一畝田力圖縮短中間流通環(huán)節(jié)，通過(guò)強(qiáng)大的線上線下服務(wù)能力，解決了因?yàn)樾畔⒉粚?duì)稱而導(dǎo)致的農(nóng)產(chǎn)品流通效率低下和損耗嚴(yán)重的問(wèn)題，讓采購(gòu)更便捷，食材更新鮮。在這個(gè)過(guò)程中，向消費(fèi)端推送天氣信息，有利于采購(gòu)方評(píng)估采購(gòu)原料，制定采購(gòu)計(jì)劃，安排采購(gòu)進(jìn)度。

（二）氣象數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的創(chuàng)新點(diǎn)

與傳統(tǒng)的氣象服務(wù)相比，氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有3點(diǎn)創(chuàng)新：

思維創(chuàng)新：互聯(lián)網(wǎng)為氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供了新的契機(jī)和廣闊空間，數(shù)據(jù)應(yīng)用不再僅僅是天氣預(yù)報(bào)等基礎(chǔ)氣象服務(wù)，而是基于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)和大數(shù)據(jù)間的相關(guān)性研究。

價(jià)值創(chuàng)新：數(shù)據(jù)價(jià)值不再僅僅局限于“今天多少攝氏度”，還包括對(duì)氣象相關(guān)行業(yè)進(jìn)行大數(shù)據(jù)研究，挖掘所產(chǎn)生的商業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，揭開了“今天多少攝氏度”背后的“面紗”。

數(shù)據(jù)創(chuàng)新：數(shù)據(jù)應(yīng)用不再僅僅是千篇一律，而是從市場(chǎng)需求出發(fā)，打造符合各行業(yè)特定需要的定制化氣象大數(shù)據(jù)應(yīng)用和精細(xì)化氣象服務(wù)。

（三）氣象數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)

1.讓氣象數(shù)據(jù)發(fā)聲

公眾普遍認(rèn)為，谷歌、亞馬遜及國(guó)內(nèi)的BAT等網(wǎng)站是大數(shù)據(jù)的先驅(qū)者，但事實(shí)上，政府才是大規(guī)模信息的原始采集者。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，知道“是什么”就已經(jīng)足夠了，完全沒必要知道“為什么”。所以，重要的不是現(xiàn)象背后的原因，而是現(xiàn)象是什么，要讓數(shù)據(jù)“發(fā)聲”。而氣象數(shù)據(jù)作為大數(shù)據(jù)的“一員”，也需要通過(guò)創(chuàng)新性的應(yīng)用分析來(lái)釋放潛在的數(shù)據(jù)價(jià)值。因此，讓氣象數(shù)據(jù)“發(fā)聲”是氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。

但由于政府在獲取數(shù)據(jù)中所處的特殊地位，所以有些數(shù)據(jù)應(yīng)該具有保密性。2015年，中國(guó)氣象局建立氣象數(shù)據(jù)公開網(wǎng)站，氣象數(shù)據(jù)開始對(duì)公眾開放，即允許私營(yíng)部門和社會(huì)大眾訪問(wèn)，得到了社會(huì)的一致好評(píng)，也促進(jìn)了公眾進(jìn)一步了解并接受氣象數(shù)據(jù)的價(jià)值。但是使用氣象數(shù)據(jù)的一個(gè)原則是，少數(shù)可能會(huì)危害到國(guó)家安全或秘密的數(shù)據(jù)不能公開。

2.強(qiáng)化氣象與行業(yè)的相關(guān)性研究

大數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析有兩個(gè)方向：一個(gè)是數(shù)據(jù)的處理與表示，主要強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)采集、存取、加工和可視化方法；另一個(gè)是數(shù)據(jù)本質(zhì)特征的提取和模式發(fā)現(xiàn)，即數(shù)據(jù)挖掘[5,6]。通過(guò)深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值和強(qiáng)化相關(guān)性研究，可以比以前更容易、更快捷、更清楚地分析事務(wù)。

強(qiáng)化相關(guān)性研究應(yīng)用最好的例子是世界上最大的零售商沃爾瑪。沃爾瑪對(duì)包括顧客的購(gòu)物清單、消費(fèi)額、購(gòu)物籃中的物品、具體購(gòu)買時(shí)間和購(gòu)買當(dāng)日的天氣等歷史交易記錄大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析研究的結(jié)論是：每當(dāng)季節(jié)性颶風(fēng)來(lái)襲之前，不僅是手電筒銷售量增加，蛋撻的銷量也同時(shí)增加。因此，當(dāng)季節(jié)性風(fēng)暴來(lái)臨時(shí)，沃爾瑪會(huì)把庫(kù)存的蛋撻放在靠近颶風(fēng)用品的位置，以方便顧客選購(gòu)從而提升銷售量。

因此，對(duì)氣象數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，尋找與氣象相關(guān)性強(qiáng)的事物來(lái)應(yīng)用、深度挖掘氣象數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值是氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。

三、結(jié) 論

運(yùn)用比較研究法和個(gè)案研究法，分析了氣象數(shù)據(jù)特征及其在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，氣象數(shù)據(jù)有其獨(dú)有特征，主要體現(xiàn)在：數(shù)據(jù)體量大但不會(huì)無(wú)限制擴(kuò)大、數(shù)據(jù)種類多但來(lái)源和含義單一、很難產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值但有巨大的相關(guān)性商業(yè)價(jià)值。

氣象數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：思維創(chuàng)新即運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)思維，開展氣象大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)和大數(shù)據(jù)間的相關(guān)性研究；價(jià)值創(chuàng)新即開展“氣象+行業(yè)”大數(shù)據(jù)分析挖掘，創(chuàng)造氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用于行業(yè)的商業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值；數(shù)據(jù)創(chuàng)新即從市場(chǎng)需求出發(fā)，研發(fā)定制化的氣象大數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品和精細(xì)化氣象數(shù)據(jù)。而在保證數(shù)據(jù)安全性的前提下，讓氣象數(shù)據(jù)“發(fā)聲”和強(qiáng)化氣象數(shù)據(jù)的相關(guān)性研究是氣象數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。

[1]Nature.BigData[EB/OL].[2014-08-23].http://www.nature.com/news/pecials/bigdata /index.Htm.

[2]Science.Special Online Collection: Dealing with Data[EB/OL].(2011-02-11).[2014-08-23].http: //www.Sciencemag.org /site /special /data /

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A

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