大數(shù)據(jù)在氣象服務(wù)中的應(yīng)用價值研究

高義梅GAO Yi-mei

（中國氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081）

1 氣象大數(shù)據(jù)概述

大數(shù)據(jù)是近代計算機技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的新型產(chǎn)物，計算機通過信息技術(shù)對用戶信息數(shù)據(jù)進行采集，計算機在對這些數(shù)據(jù)進行處理。通過這種信息采集、處理終端可以為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，當(dāng)下大數(shù)據(jù)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)，尤其是服務(wù)行業(yè)更是凸顯了大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢。氣象服務(wù)作為一項傳統(tǒng)的服務(wù)行業(yè)，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的影響下，近些年發(fā)生了巨大改變。如，氣象數(shù)據(jù)的采集更加多樣化，運作體量范圍更加廣泛等等。傳統(tǒng)的氣象信息采集與處理無法動態(tài)分析氣象數(shù)據(jù)，就導(dǎo)致其無法進行跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)結(jié)合，而氣象大數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)的分析處理，實現(xiàn)了跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)結(jié)合，同時實現(xiàn)了預(yù)測未來，使得氣象服務(wù)更加專業(yè)。

目前我國的氣象數(shù)據(jù)已達(dá)到PB 級別，并且還在不斷增長，符合大數(shù)據(jù)技術(shù)海量數(shù)據(jù)、高價值數(shù)據(jù)、不斷增長、范圍廣等特性。因此，當(dāng)下應(yīng)重點考慮，氣象服務(wù)如何更好的與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合問題，如何更加規(guī)范合理的開發(fā)氣象數(shù)據(jù)，發(fā)掘更有價值的氣象數(shù)據(jù)，為社會群眾提供更加優(yōu)質(zhì)的氣象服務(wù)。地球生態(tài)的多變性和復(fù)雜性，給氣象監(jiān)測造成一定挑戰(zhàn)，而大數(shù)據(jù)可以更好對氣象變化進行預(yù)報，如圖1 所示。

圖1 氣象分布圖

2 大數(shù)據(jù)對于氣象服務(wù)的推動作用

2.1 氣象服務(wù)中的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)特點及應(yīng)用

1856 年法國成立世界第一個氣象預(yù)報系統(tǒng)，展開了近代的氣象服務(wù)史，我國于1952 在北京成立了數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)，同時投入使用。氣象服務(wù)時至今日已經(jīng)過了近兩百年，在長期的氣象服務(wù)服務(wù)工作中，已經(jīng)形成了固定的氣象服務(wù)內(nèi)容，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及后出現(xiàn)了半網(wǎng)絡(luò)化氣象服務(wù)?？v觀，氣象服務(wù)的發(fā)展史，氣象服務(wù)嚴(yán)重缺乏用戶的信息反饋機制，也就是說氣象服務(wù)無法收集用戶反饋信息與用戶需求，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的氣象服務(wù)無法正確定位自身，無法根據(jù)用戶需求體驗來調(diào)控自身。大數(shù)據(jù)時代的到來，宣示著氣象服務(wù)用戶的體驗需求更加仔細(xì)化、精準(zhǔn)化，大數(shù)據(jù)氣象服務(wù)需要給予用戶多樣化的服務(wù)模式，同時需要功能更加完善的服務(wù)項目，以滿足用戶需求。而大數(shù)據(jù)技術(shù)中的數(shù)據(jù)挖掘可以很好的滿足用戶需求，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)通過對大數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行處理分析，從而為用戶提供更加高質(zhì)的氣象服務(wù)，同時在氣象數(shù)據(jù)分析上，大數(shù)據(jù)技術(shù)通過對收集的氣象數(shù)據(jù)進行處理分析，而這些數(shù)據(jù)可以是不完整的數(shù)據(jù)、預(yù)編程信號等，經(jīng)過系統(tǒng)的處理氣象學(xué)家可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析結(jié)果獲得更多的氣象相關(guān)數(shù)據(jù)。以采礦作業(yè)為例，傳統(tǒng)的氣象服務(wù)中可以為采礦作業(yè)提供較為精準(zhǔn)的氣象服務(wù)，但對于復(fù)雜天氣的氣象報告卻并不敏感，而大數(shù)據(jù)氣象服務(wù)的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對于復(fù)雜氣候的分析更加敏感。

在應(yīng)用層面上來說，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以為氣象服務(wù)數(shù)據(jù)提供更加精確、科學(xué)的氣象數(shù)據(jù)，同時可以不斷豐富氣象數(shù)據(jù)庫。大數(shù)據(jù)技術(shù)通過對收集的氣象數(shù)據(jù)，與大數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行高效對比處理，可以更加準(zhǔn)確的預(yù)報天氣，可以為氣象學(xué)家提供統(tǒng)一格式的氣象數(shù)據(jù)，方便氣象學(xué)家更加快捷的分析氣象變化趨勢。

2.2 云端氣候的特點與應(yīng)用

云端氣候是用來存儲氣候數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)存儲單元，其可以滿足氣象服務(wù)信息存儲需求，同時氣候云端還是用來氣候數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)絡(luò)處理單元，通過將收集的氣候數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到云端存儲管理，避免了氣候數(shù)據(jù)丟失的發(fā)生，同時將氣候數(shù)據(jù)存儲到云端，該不會影響關(guān)于氣候數(shù)據(jù)處理的其他云計算。建立氣候云端，在氣候云端中建立預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，一旦出現(xiàn)預(yù)警事件年，通過云端計算一旦發(fā)現(xiàn)收集的氣候數(shù)據(jù)，達(dá)到災(zāi)害氣象標(biāo)準(zhǔn)可以通過衛(wèi)星發(fā)出預(yù)警信號，同時可以通過衛(wèi)星來檢測災(zāi)難地的發(fā)生狀況。經(jīng)過衛(wèi)星的預(yù)警系統(tǒng)檢測，災(zāi)難預(yù)警地點可以及時制定災(zāi)難響應(yīng)計劃。云端大數(shù)據(jù)是構(gòu)建云計算的前提條件，只有建立了云端大數(shù)據(jù)才能進行云端計算，云端氣候數(shù)據(jù)的建立不僅可以存儲管理云端氣候數(shù)據(jù)，同時設(shè)立了氣候事故預(yù)警模塊與氣候事故處理模塊，并且為氣候服務(wù)提供了云端技術(shù)支持，輔助氣候服務(wù)可以有效的執(zhí)行。

2.3 大數(shù)據(jù)背景下氣象服務(wù)的發(fā)展

大數(shù)據(jù)技術(shù)的使用已經(jīng)成為當(dāng)下服務(wù)行業(yè)的一種趨勢，其可以輔助行業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)服務(wù)質(zhì)量，氣候服務(wù)作為服務(wù)行業(yè)的一員，更是愈來愈依賴大數(shù)據(jù)技術(shù)，是準(zhǔn)確預(yù)報氣候的關(guān)鍵所在，更是氣候服務(wù)行業(yè)制定發(fā)展策略前提條件。氣候大數(shù)據(jù)的應(yīng)用不僅僅更加精準(zhǔn)的預(yù)測氣候，為地方提供氣候災(zāi)難預(yù)警服務(wù)，更是為氣候服務(wù)提供了氣候服務(wù)的相關(guān)資源，直接掛鉤氣候服務(wù)用戶的健康生活。例如，在氣象災(zāi)害發(fā)生時，系統(tǒng)可基于氣象災(zāi)害發(fā)生的地點及途經(jīng)地點，結(jié)合地理信息系統(tǒng)強大的空間分析功能，對氣象災(zāi)害沿途的房屋、公共設(shè)施進行損毀分析，如圖2所示。

圖2 氣象災(zāi)害分析圖

經(jīng)過近些年氣候大數(shù)據(jù)的實踐應(yīng)用，我國在氣候大數(shù)據(jù)的收集上已經(jīng)探索出了行之有效的收集方法。在氣候數(shù)據(jù)采集上，應(yīng)用了高速氣候采集設(shè)備，為氣候服務(wù)行業(yè)提供更加精準(zhǔn)及時的氣象數(shù)據(jù)。由于氣象的隨機變化性，雖然高速氣象探測器可以提供更加全面精準(zhǔn)的氣候數(shù)據(jù)，但在實際的應(yīng)用與發(fā)展中仍存在一定的問題，需要得到進一步的解決。氣象大數(shù)據(jù)的使用在為氣候服務(wù)提供更加龐大的數(shù)據(jù)支持同時，也為氣候服務(wù)提供更多的服務(wù)項目，如防災(zāi)、減災(zāi)、能源及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面。以能源消耗為例，氣候大數(shù)據(jù)可以記錄能源負(fù)載的消耗記錄，然后通過云端計算添加相應(yīng)的氣候條件就可以估算大體的能源消耗情況。

3 氣象大數(shù)據(jù)的應(yīng)用案例

氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用可以多種行業(yè)提供氣象服務(wù)，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建筑行業(yè)、能源行業(yè)等等。這里我們以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為例，氣候服務(wù)可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供其需要的溫度變化水平、大氣濕度、風(fēng)等與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更好的完成生產(chǎn)，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率與質(zhì)量。實際上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)與氣候服務(wù)的相關(guān)服務(wù)，不僅僅應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，農(nóng)副產(chǎn)品的運輸與銷售也需要氣候數(shù)據(jù)的服務(wù)。例如在農(nóng)產(chǎn)品運輸上，氣候的變化會影響農(nóng)產(chǎn)品的運輸時間，若出現(xiàn)大幅度的氣候變化，很可能導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)不必要的損耗。本文以某地的氣象服務(wù)部門為例，其在2015 年制定了氣象與農(nóng)業(yè)分析的氣候服務(wù)，為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)提供氣象與農(nóng)業(yè)分析服務(wù)取得一定成果，分析其實踐成果大數(shù)據(jù)氣候服務(wù)主要應(yīng)用在以下幾方面：

3.1 農(nóng)業(yè)應(yīng)用

氣候變化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素，大數(shù)據(jù)氣候服務(wù)可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供氣候農(nóng)業(yè)分析服務(wù)，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合理化、科學(xué)化生產(chǎn)種植，避免由于氣象因素導(dǎo)致的農(nóng)戶損失。西瓜是該地區(qū)的重要的農(nóng)作物產(chǎn)品，西瓜是一種喜熱懼寒的農(nóng)作物，該地通過大數(shù)據(jù)氣候分析，預(yù)測到該地區(qū)本年將迎來寒冬，地方政府對農(nóng)戶進行了預(yù)警報道，農(nóng)戶縮減西瓜種植或改變種植農(nóng)作物，避免種植西瓜受到寒潮襲擊，將農(nóng)戶損失降到了最低，降低了該地近30%的經(jīng)濟損失。

氣候服務(wù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)，美國正經(jīng)做過一項調(diào)查全國三分之一的GDP 產(chǎn)業(yè)都與氣候情況緊密聯(lián)系，說明氣象大數(shù)據(jù)的公開與共享，對于世界經(jīng)濟來說都是非常重要的。全球在氣象數(shù)據(jù)的公開上持不同見解，主要可以分為三種模式，一是，利潤最大化模式，一是平均成本模式，一是免費模式。我國對于氣候大數(shù)據(jù)的共享公開三種模式均有使用。就我國當(dāng)下的國情來看，氣候數(shù)據(jù)的全面共享公開還是很難實現(xiàn)的，一方面是考慮到安全方面，另一方面是我國的體制問題制約了氣候數(shù)據(jù)的公開。世界經(jīng)濟組織在2000 年發(fā)布了全球?qū)τ跉庀髷?shù)據(jù)對于風(fēng)險管理產(chǎn)值的影響，美國是歐洲的近60 倍，是亞洲的近146 倍。

3.2 運輸方面的應(yīng)用

氣象變化是影響運輸?shù)闹匾蛩?，利用大?shù)據(jù)氣候服務(wù)可以為運輸企業(yè)，提供更加優(yōu)質(zhì)的運輸計劃，從而保證運輸?shù)臅r間與效率，更好的保證農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，變向的降低農(nóng)業(yè)運輸?shù)耐度?。該地實施了氣候?shù)據(jù)共享平臺，為運輸企業(yè)提供氣候服務(wù)，利用這個信息平臺個人或企業(yè)都可以發(fā)布相關(guān)運輸信息，同時還系統(tǒng)還可以為承運人提供氣候數(shù)據(jù)服務(wù)，為承運人推薦運輸路線避免氣候變化影響運輸效率。

3.3 銷售終端應(yīng)用

氣象大數(shù)據(jù)的應(yīng)用還可以為銷售企業(yè)提供市場需求關(guān)注，通過氣候大數(shù)據(jù)的分析進貨商可以預(yù)估進貨量，為企業(yè)或個人提供營銷參考數(shù)據(jù)。同時該大數(shù)據(jù)氣象服務(wù)平臺的服務(wù)對象不僅僅包括生產(chǎn)商，同時包括產(chǎn)品銷售終端，如超市、農(nóng)產(chǎn)品深加工企業(yè)、批發(fā)商等等，通過大數(shù)據(jù)氣候服務(wù)平臺，實現(xiàn)了銷售直接面向終端市場，減少了農(nóng)產(chǎn)品的流通環(huán)節(jié)，在降低了農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)投入的同時，降低了農(nóng)產(chǎn)品的銷售價值，緩解了由于數(shù)據(jù)信息的共享所引起的農(nóng)產(chǎn)品廉價問題，提高了農(nóng)產(chǎn)品的利潤收入，同時提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，具該地區(qū)的相關(guān)報道，2015 年當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶收入提高了近10%，而農(nóng)產(chǎn)品的銷售價值較往年相比并沒提高，甚至部分農(nóng)產(chǎn)品的銷售價格較往年相比出現(xiàn)了下降現(xiàn)象，說明了大數(shù)據(jù)氣象服務(wù)對農(nóng)產(chǎn)品銷售的重要性。

3.4 防災(zāi)消災(zāi)方面的應(yīng)用

氣象服務(wù)的重要任務(wù)之一是緩解地方民事，氣象大數(shù)據(jù)對于地方的防災(zāi)、消災(zāi)可以提供重要依據(jù)。災(zāi)難事故預(yù)測是防災(zāi)、消災(zāi)的重點所在，只有提前預(yù)防，提前啟用災(zāi)難事故預(yù)警機制，才能更好的防范于未然，故此，可以說大數(shù)據(jù)氣象預(yù)警對于防災(zāi)消災(zāi)非常重要。大數(shù)據(jù)氣候服務(wù)的準(zhǔn)確性依賴于氣候大數(shù)據(jù)的采集與分析，這些氣候數(shù)據(jù)不在是傳統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)收集，還包括對地址、地理等數(shù)據(jù)的采集分析。大數(shù)據(jù)氣象服務(wù)不僅要提供準(zhǔn)確的氣象分析，同時考慮到災(zāi)難事故的諸多影響，應(yīng)結(jié)合災(zāi)難事故預(yù)警的大眾關(guān)注度，以免造成不必要的社會恐慌，同時大數(shù)據(jù)氣象服務(wù)應(yīng)借助衛(wèi)星服務(wù)，為地方群眾提供相應(yīng)災(zāi)難應(yīng)對措施。統(tǒng)計2015 年該地區(qū)適應(yīng)的氣象農(nóng)業(yè)分析計劃開始，有效的避免了氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)災(zāi)難共計12 次，其中包括了寒流預(yù)警、大風(fēng)預(yù)警和強降雨預(yù)警等等，大幅度降低了農(nóng)業(yè)災(zāi)難事故的出現(xiàn)，保障了農(nóng)戶的經(jīng)濟利益，提升了農(nóng)戶的經(jīng)濟效益。通過大數(shù)據(jù)氣象服務(wù)在當(dāng)?shù)氐拈_展，不但為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶提供天氣預(yù)警服務(wù)，同時根據(jù)云端氣候大數(shù)據(jù)的計算，經(jīng)過衛(wèi)星為當(dāng)?shù)厥鼙娞峁┝藲夂驗?zāi)害的預(yù)防指導(dǎo)，有效的幫助當(dāng)?shù)厥鼙娊鉀Q氣候災(zāi)難問題。

4 結(jié)論

隨著信息技術(shù)的進一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)科技的進一步普及，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用會更加廣泛，引入大數(shù)據(jù)技術(shù)是未來各行各業(yè)的發(fā)展趨勢，氣候服務(wù)作為一項服務(wù)產(chǎn)業(yè)更應(yīng)不斷加深大數(shù)據(jù)技術(shù)與氣候服務(wù)的有機結(jié)合，發(fā)展更多與氣候服務(wù)相關(guān)的服務(wù)，為社會受眾提供更加高質(zhì)、全面的氣候服務(wù)，同時大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析處理，也為氣象預(yù)報提供了更加優(yōu)質(zhì)的分析數(shù)據(jù)，使得氣象預(yù)報更加全面準(zhǔn)確，是提高未來氣象服務(wù)質(zhì)量的重點所在，需要對相關(guān)領(lǐng)域不斷深入研究，從而創(chuàng)建更加豐富的經(jīng)濟效益與社會效益。