“兩級云架構(gòu)”在氣象信息化時代的應用研究

吳昊

摘?要：積極推進氣象事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，共同致力“氣候與水”的動態(tài)平衡，蕪湖市氣象局一直以來積極助力美好安徽建設(shè)。在全球科技創(chuàng)新趨勢的推動下，氣象科學也在飛速發(fā)展，全面推進氣象信息化建設(shè)，加強技術(shù)創(chuàng)新平臺服務(wù)迫在眉睫。本調(diào)研報告從加快現(xiàn)代信息技術(shù)與氣象觀測深度融合應用入手，提出“兩級云架構(gòu)”理念，從而確保能夠組建出一個智慧型的氣象觀測體系，使該體系具有較高的自我適應性、自我創(chuàng)新性、自我選擇性、自我分析性、自我判斷性、自我感知性。推進氣象觀測現(xiàn)代化，引領(lǐng)氣象觀測技術(shù)新發(fā)展。鑒于氣象行業(yè)對數(shù)據(jù)處理、分析能力的需求，建議通過技術(shù)合作和經(jīng)驗借鑒，利用開放式云架構(gòu)解決方案，面向社會實現(xiàn)氣象行業(yè)的跨界服務(wù)。同時本調(diào)研報告在氣象專業(yè)人員的聘用條件和業(yè)務(wù)培訓導向上提出了編程能力、氣象算法和通用數(shù)據(jù)科學算法的必要性。

關(guān)鍵詞：氣象信息化;兩級云架構(gòu);智慧氣象;云計算

進入新時代，人民美好生活的氣象需求正轉(zhuǎn)向個性化、專業(yè)化、精準化，轉(zhuǎn)向生活性、生產(chǎn)性、生態(tài)性，呼喚更加智慧的公共氣象服務(wù);全面建成社會主義現(xiàn)代化強國，要打好防范化解重大風險、精準脫貧、污染防治等攻堅戰(zhàn)，呼喚更加智慧的氣象保障;構(gòu)建人類命運共同體，聯(lián)手抵御全球變暖背景下日益加大的極端天氣、氣候和水災害風險，維護各國共同利益，呼喚更加智慧的風險管理支撐。

放眼全球，信息技術(shù)在氣象領(lǐng)域的廣泛應用，正推動氣象科學與技術(shù)更緊密交融、氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)交互性更強，“智慧”正引領(lǐng)著各國氣象事業(yè)的創(chuàng)新方向。對于氣象學而言，是一種現(xiàn)代化社會發(fā)展過程中出現(xiàn)的學科，主要研究的主體目標是大氣，從定量角度和定性角度出發(fā)，對大氣的具體特征進行充分說明。也是一門和生產(chǎn)、生活密切相關(guān)的涉及許多學科的應用科學。隨著人民對美好生活需求的日益增長，氣象業(yè)務(wù)領(lǐng)域應該更加寬廣，氣象服務(wù)的要求也應該越來越高。當下，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)的信息交換與獲取成為接收各類氣象信息的主要途徑。那么氣象部門是如何采集，處理氣象數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)對人類生存環(huán)境未來狀態(tài)的預報和預估的呢？在氣象業(yè)務(wù)的運行中，他們又如何應用數(shù)據(jù)理念和算法研究獲取處理和分析決策呢？國家提出的氣象現(xiàn)代化的目標具體是什么，人工智能，氣象核心算法等現(xiàn)代技術(shù)是如何朝著覆蓋更廣的方向發(fā)展的呢？本調(diào)研報告將從氣象部門的基本職責出發(fā)，了解氣象事業(yè)在信息化時代的新作為，最后提出氣象部門應把握全球科技創(chuàng)新趨勢，互聯(lián)互通，加快技術(shù)發(fā)展體系升級，將現(xiàn)代信息技術(shù)與氣象觀測深度融合應用，促進氣象科學技術(shù)的進步和氣象業(yè)務(wù)的新發(fā)展。

一、氣象部門職責

中國氣象局簡稱為CMA，英文譯名為“China?Meteorological?Administration”，它的前身是中央軍委氣象局，成立于1949年12月。蕪湖市氣象局也一直積極推進氣象事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力現(xiàn)代化五大發(fā)展美好安徽建設(shè)。其主要職責有：負責本行政區(qū)域內(nèi)氣象事業(yè)發(fā)展規(guī)劃、規(guī)劃的制定及氣象業(yè)務(wù)建設(shè)的組織實施;對本行政區(qū)域內(nèi)的氣象活動進行指導、監(jiān)督和行業(yè)管理;管理本行政區(qū)域內(nèi)公眾氣象預報，災害性天氣警報以及農(nóng)業(yè)氣象預報，城市環(huán)境氣象預報，火險氣象等級預報等專業(yè)氣象預報的發(fā)布;管理本行政區(qū)域人工影響天氣工作，指導和組織人工影響天氣作業(yè);組織管理雷電災害防御工作，會同有關(guān)部門指導對可能遭受襲擊的建筑物、構(gòu)筑物和其他設(shè)施安裝的雷電災害防護裝置的檢測工作;負責全市氣象信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理和維護保障工作;負責在上級業(yè)務(wù)技術(shù)指導下，開展本市觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、檢驗評估和產(chǎn)品加工制作業(yè)務(wù);負責社會、行業(yè)觀測數(shù)據(jù)收集、共享工作;負責綜合觀測站網(wǎng)運行評估和日常業(yè)務(wù)技術(shù)管理工作;承擔本站氣象探測環(huán)境實時監(jiān)控和報告工作等。以上我們可以看到中國的氣象事業(yè)是科技型、基礎(chǔ)性社會公益事業(yè)，堅持“以人為本，無微不至、無所不在”的服務(wù)宗旨，始終將氣象服務(wù)工作具有的公共性和安全性作為發(fā)展理念，并且嚴格遵循，從而利用氣象探測中心給大家提供免費的公共氣象服務(wù)和氣象災害防御技術(shù)。

二、致力“氣候與水”的動態(tài)平衡

那么我們地處的蕪湖市具有什么樣的氣候特征，它的氣候資源和水資源特點又是如何呢？經(jīng)過調(diào)研，我們了解到蕪湖屬于典型的東亞季風氣候區(qū)，地處南北氣候過渡帶，主要氣候特點是四季分明，氣候溫和，雨量適中、雨熱同季。因此如何保護好降水資源，加強雨水資源的循環(huán)利用，改善自然生態(tài)環(huán)境，保護蕪湖宜人宜居的氣候養(yǎng)生資源已成為全體市民和全社會的重點關(guān)注和共同話題。

在調(diào)研中我們了解到在應對氣候變化和開發(fā)利用氣候資源方面，我們的氣象部門一直都在有序地開展各項工作，保護本地豐富優(yōu)越的立體氣候和山清水秀的氣象景觀資源。圍繞本地經(jīng)濟建設(shè)的需要和社會發(fā)展的需求，氣象部門還多次科學組織實施人工影響天氣作業(yè)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、空氣質(zhì)量改善、森林安全、生態(tài)修復、重大活動保障等方面作出了積極貢獻。以2019年為例，全年共通過實施飛機人工增雨/探測飛行等方式，人工增雨影響面積約13.9萬平方千米，累計增雨量約17.39億噸。特別是去年我省發(fā)生近40年最嚴重伏秋旱，全省氣象部門人工增雨工作人員堅守作業(yè)一線，累計持續(xù)66天開展抗旱和森林防火滅火立體人工增雨作業(yè)，增加降水約8.65億噸。在調(diào)研中，我們深刻地認識到對于降水資源的利用，除了開源還要節(jié)流，要以更協(xié)調(diào)、更可持續(xù)的方式管理氣候和水資源，加強雨水資源的循環(huán)利用，改善自然生態(tài)環(huán)境。同時，還要加強社會宣傳，增強廣大市民的節(jié)約用水意識。

三、信息科學發(fā)展下的氣象科學

在我國現(xiàn)代化社會科學技術(shù)水平和能力不斷提升的環(huán)境下，氣象觀測儀器無論在探索發(fā)明、探測技術(shù)方面，還是通信設(shè)備、計算供給方面，都發(fā)生了翻天覆地的變化，整體水平呈現(xiàn)出前所未有的高度。使人類不斷加深了對大氣積極性積極探索的欲望。特別是在氣象應用領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)代科學技術(shù)成果的不斷轉(zhuǎn)化與應用的背景下，進一步促進我國氣象科學朝著全新的方向發(fā)展。比如，在電子技術(shù)的不斷應用下，使我國大氣探測工作具有的系統(tǒng)化、遙感化、自動化水平越來越高，氣象工作人員通過對天氣雷達設(shè)備的充分應用，能夠?qū)娏绎L暴的移動軌跡和變化發(fā)展進行實時監(jiān)控和精準追蹤。在對氣象情況進行預報的過程中，通過對電子計算機的全面應用，能夠有效實現(xiàn)數(shù)值預報，使天氣預報工作逐漸朝著定量化、客觀化的方向發(fā)展。氣象衛(wèi)星的出現(xiàn)和應用，為我國氣象部門監(jiān)測海洋地區(qū)、高原地區(qū)、沙漠地區(qū)提供了幫助，有效填補了這些地區(qū)氣象資料的空白。我國對大氣的研究在空間技術(shù)不斷發(fā)展和強化的環(huán)境下，已經(jīng)逐漸朝著宇宙研究的方向邁進，使人們能夠通過外層空間，對大氣進行觀測，將大氣整體狀態(tài)一收眼底。但我們不能故步自封，停滯不前。特別是在我國信息技術(shù)發(fā)展水平不斷提升的環(huán)境下，整個世界正在經(jīng)歷著新技術(shù)革命，由于新技術(shù)革命主要以海洋技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、微電子技術(shù)為主要標志，因此，必然會使我國氣象科學在新技術(shù)革命的推動下，呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的狀態(tài)。尤其在當下，隨著信息科學的發(fā)展，世界正面臨以微電子技術(shù)、新材料、新能源及海洋技術(shù)為主要標志的新技術(shù)革命，這必將會促進氣象科學的飛速發(fā)展。越來越多的關(guān)鍵信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，氣象行業(yè)對數(shù)據(jù)處理、分析的能力也產(chǎn)生了新的需求，因此筆者認為氣象行業(yè)應在信息化發(fā)展的領(lǐng)域做到不斷探索和突破，加強對智慧氣象技術(shù)的充分利用，結(jié)合智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)等現(xiàn)代化新技術(shù)，通過不斷探索與創(chuàng)新以及氣象科學技術(shù)的輔助，建立一個具有較高完善性和科學性的氣象系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，采取多元化的措施，提高氣象系統(tǒng)具有的總能能力，從而使我國氣象系統(tǒng)相關(guān)管理、服務(wù)、業(yè)務(wù)工作的開展具有更高的智慧特征。