氣象“衛(wèi)士”為亞運(yùn)會保駕護(hù)航

上一期，大臉兔為大家簡單講解了中國科技如何助力杭州亞運(yùn)會，但以“綠色、智能、節(jié)儉、文明”為宗旨的杭州亞運(yùn)會可不止于此，本期，棉花糖將更詳細(xì)地給大家解析氣象科技與亞運(yùn)會的關(guān)系——

大型體育賽事能否成功舉辦，與天氣狀況息息相關(guān)。亞運(yùn)會期間，各大運(yùn)動賽事的場館分布廣、安全保障要求高，這對氣象保障提出了更高的要求。同時，由于戶外賽事受天氣因素影響大，因此對天氣的精密監(jiān)測、精準(zhǔn)預(yù)報和對賽事的精細(xì)服務(wù)，成了亞運(yùn)會成功舉辦的重要因素之一。為此，氣象部門不斷打磨核心技術(shù)、優(yōu)化支撐系統(tǒng)，用豐碩成果為亞運(yùn)氣象保障服務(wù)提供最好的“科技”底氣。

“智能”是最能體現(xiàn)杭州亞運(yùn)會特色的理念，也最能展現(xiàn)亞運(yùn)氣象服務(wù)的獨(dú)特魅力，“天臉”識別系統(tǒng)就是體現(xiàn)杭州智能氣象服務(wù)的成果之一。

在地面氣象觀測中，常規(guī)的氣象要素已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動觀測，但需要目測的項(xiàng)目，如云狀、云量、霜、露、雪等天氣現(xiàn)象，還是要依靠人工觀測。然而，由于天氣瞬息萬變，很難用人工來實(shí)現(xiàn)高時空密度的連續(xù)觀測。

為此，杭州市高技能人才創(chuàng)新工作室承擔(dān)了“天臉”識別項(xiàng)目算法的研究。研究人員在全國各地采集了數(shù)百萬張全天空圖像和結(jié)冰、積雪、霧凇、雨凇等圖像。這些圖像經(jīng)人工分類標(biāo)注，最終篩選出十幾萬張圖片作為訓(xùn)練集，利用百度科技和?？低旳I開放平臺，用深度學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練了云狀、云量、結(jié)冰、積雪等AI識別模型，將智能識別算法融入攝像機(jī)內(nèi)嵌程序，使一臺普通的攝像機(jī)搖身一變，成為能看云識天氣的智能化設(shè)備。經(jīng)過現(xiàn)場比對試驗(yàn)，它的識別準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。

“天臉”識別系統(tǒng)的秘密就藏在一個小小的攝像頭中，它被稱為“全天空成像儀”，其功能就是一直對著天空觀測云的分布。一天24小時，一年365天，從不休息。簡單來說，就是一個小小的攝像頭通過智能算法，實(shí)現(xiàn)白天全天空云量和云狀的持續(xù)自動監(jiān)測。攝像頭每5分鐘拍照一次，實(shí)時識別出云狀和云量，幫助氣象預(yù)報員判斷不同的天氣狀況。以某一氣象站為中心點(diǎn)、直徑15千米～20千米的天空，都將被這個攝像頭覆蓋。除了能對云狀和云量進(jìn)行觀測，全天空成像儀還能實(shí)時觀測大氣能見度的變化，當(dāng)大氣能見度低于一定程度時會實(shí)時預(yù)警。

“天臉”識別系統(tǒng)并不是杭州亞運(yùn)氣象服務(wù)中唯一的智能元素，利用智慧城市建設(shè)中的智慧燈桿布設(shè)微型、低成本、易安裝、輕維護(hù)、便攜化的物聯(lián)網(wǎng)智能氣象站，共享全市監(jiān)控?cái)z像機(jī)視頻圖像來識別能見度、雨強(qiáng)、視程障礙現(xiàn)象等，也是“智能亞運(yùn)”在氣象觀測上的探索。亞運(yùn)氣象監(jiān)測系統(tǒng)融合了最新的技術(shù)成果：新增的智能氣象觀測設(shè)備，布設(shè)基于人工智能視頻識別技術(shù)的“天臉”識別系統(tǒng)，借助智慧燈桿而搭建的氣象微站，使亞運(yùn)核心區(qū)形成了智能、立體的氣象泛在感知網(wǎng)，為亞運(yùn)會的順利舉辦保駕護(hù)航。

在馬術(shù)比賽中，人和馬都是運(yùn)動員，講究“人馬合一”。馬術(shù)比賽都在露天進(jìn)行，而馬這種很有靈性的動物對天氣的敏感性較高，因此比賽時的氣象條件對馬的競技狀態(tài)影響很大。氣溫很重要，天氣太冷或太熱都會讓馬感覺不適，所以高溫或低溫天氣都會影響比賽成績。同樣，雨的影響也很大。雨天路滑，泥濘的場地及雨霧對參賽選手和馬的水平發(fā)揮都有影響，一不留神就可能人仰馬翻。

為此，浙江省氣象部門專門組建了“亞運(yùn)馬術(shù)氣象服務(wù)小組”來保障亞運(yùn)馬術(shù)賽事的順利進(jìn)行。亞運(yùn)馬術(shù)比賽場館所在的桐廬縣的氣象部門，提供了場館區(qū)域近十年的氣象要素?cái)?shù)據(jù)資料，為賽事的時間安排提供了科學(xué)的決策依據(jù)。

2023年4月，浙江省氣象部門還為馬術(shù)中心氣象站安裝了北斗應(yīng)急通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)傳輸“5G + 北斗”雙保險，能在暴風(fēng)雨等極端天氣導(dǎo)致地面通信和移動通信斷網(wǎng)的情況下，仍有效保證氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩头€(wěn)定，從而確保馬術(shù)賽場氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時傳輸。同時，氣象數(shù)據(jù)還被接入桐廬馬術(shù)智慧場館管理系統(tǒng)，使場館內(nèi)的溫度、濕度、氣壓等氣象數(shù)據(jù)能夠被實(shí)時查看。

亞運(yùn)會馬術(shù)比賽正值9月，遇到高溫、高濕、低氣壓天氣，馬可能會“中暑”。暑熱壓力指數(shù)（簡稱WBGT指數(shù)）不僅反映高溫、日曬情況，而且反映了氣壓、濕度等對馬的影響。暑熱壓力監(jiān)測儀能實(shí)時監(jiān)測溫度、氣溫、濕度、風(fēng)速、氣壓和輻射等6個氣象要素，進(jìn)而能夠了解到馬在太陽下進(jìn)行比賽時所感受到的熱壓力。

一般來說，當(dāng)WBGT指數(shù)大于28時，需要對馬采取適當(dāng)避暑措施；當(dāng)WBGT指數(shù)大于32時，天氣不利于馬進(jìn)行比賽，需要暫停比賽或?qū)Ρ荣悤r間進(jìn)行調(diào)整。

除了自主研發(fā)，浙江省氣象部門還引進(jìn)了北京冬奧會的先進(jìn)預(yù)報技術(shù)成果，并進(jìn)行本地化應(yīng)用。北京冬奧會重要科技成果“睿圖臨近數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)”和“睿思系統(tǒng)”在浙江的落地，填補(bǔ)了省級“百米級分辨率、分鐘級更新”實(shí)時分析和短臨預(yù)報產(chǎn)品的空白。

針對亞運(yùn)會的一些特定賽區(qū)和項(xiàng)目，氣象部門還組織研發(fā)了若干新產(chǎn)品，例如：針對千島湖公開水域游泳項(xiàng)目對水溫的高敏感性，杭州市氣象局聯(lián)合市水文局建立了表層水溫（0～100厘米）的水溫預(yù)報模型；針對沙灘排球的特殊需求，寧波市氣象局利用隨機(jī)森林模型等研發(fā)了沙溫預(yù)報產(chǎn)品；針對亞運(yùn)特定富春江賽區(qū)和亞帆賽開發(fā)了精細(xì)化、網(wǎng)格化水面預(yù)報產(chǎn)品……這些新研發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品為亞運(yùn)會特定項(xiàng)目的氣象服務(wù)保障奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

亞運(yùn)會賽事智能氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)及其衍生的氣象服務(wù)產(chǎn)品，為亞運(yùn)賽事提供了精密的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)和可靠的預(yù)報預(yù)警服務(wù)。這些產(chǎn)品在時間上做到無縫隙，空間上達(dá)到場館、亞運(yùn)村全覆蓋，短臨產(chǎn)品最小時間分辨率可達(dá)到分鐘級，重要場館空間分辨率精確到百米級，可以為亞運(yùn)會火炬?zhèn)鬟f、開閉幕式等重大活動，以及競賽場館、不同賽事提供全天候的氣象保障服務(wù)。

過去人們常說“天有不測風(fēng)云”，如今在系統(tǒng)化、智能化的氣象觀測體系下，杭州亞運(yùn)會的賽場里不僅風(fēng)云可測，更加精細(xì)的氣象要素也能盡在掌握之中。