重慶立體的氣候，多變的天氣，曾經(jīng)一度讓重慶人飽受天災(zāi)之苦，如今，重慶市氣象局迎難而上，與百度智能云聯(lián)手，構(gòu)建國際領(lǐng)先的智慧氣象系統(tǒng)，不僅能夠通過預(yù)測天時規(guī)避天災(zāi)，還能順應(yīng)、利用天時，助力各行各業(yè)“叱咤”風(fēng)云。

文／陳紀(jì)英

天氣預(yù)報的重要性，在災(zāi)害發(fā)生時尤為凸顯——電影《后天》里，嚴(yán)寒、龍卷風(fēng)、海嘯把人間變成煉獄。

現(xiàn)實(shí)生活中也不乏其例。飽受大霧、冰凍、暴雨困擾的某機(jī)場，大批航班取消，萬名乘客滯留，原因是立項(xiàng)時漏掉了氣象評估，機(jī)場地址錯選在了冷空氣的入口處；一輛列車遭遇13級大風(fēng)側(cè)翻，事故發(fā)生地是氣候惡劣的百里風(fēng)區(qū)；一份公路交通設(shè)施損毀的統(tǒng)計顯示，該地交通事故與氣象存在的相關(guān)性高達(dá)76.4%；野外救火的消防人員無法及時了解風(fēng)向轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致了不必要的犧牲等等。

如今，中國天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率超過了85%，但基于熱力學(xué)、動力學(xué)的經(jīng)典數(shù)值預(yù)報模式，向上突破已近瓶頸，重慶市氣象局局長顧建峰希望找到一條“彎道超車”之路——“云+AI”助力的智慧氣象。

一場風(fēng)起云涌的“氣象風(fēng)云”，在巴渝大地開場了。

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“氣”沖“云”霄

提起一個月前的那場暴雨，不少重慶氣象人至今還有點(diǎn)慶幸。

6月22日凌晨三點(diǎn)，連續(xù)的暴雨把重慶涪陵淹成了汪洋澤國，降水量接近100毫米，暴雨藍(lán)色預(yù)警信號升級為了黃色預(yù)警信號。預(yù)警信息迅速傳送到身在一線的村級氣象信息員。后者在排查地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的過程中，發(fā)現(xiàn)一處山坡出現(xiàn)了險情，立刻動員25名村民轉(zhuǎn)移。

伴隨著震動和搖晃的轟鳴聲，剛剛提腳離開的村民身后，樹木泥土從山上狂暴而下，砸毀了一大片住房——假如這場自然災(zāi)害被錯報或漏報，或者在任何一個環(huán)節(jié)多耽擱幾分鐘，后果將不堪設(shè)想。

重慶氣候環(huán)境復(fù)雜多變——宋玉的《高唐賦》里就對此有過描述，“巫山之陽，高丘之阻，旦為朝云，暮為行雨”。

而天氣預(yù)報，就是在瞬時變幻、復(fù)雜繁瑣的變量中尋找確定性結(jié)果——這是一場容量有限的人腦經(jīng)驗(yàn)與海量無垠的風(fēng)云數(shù)據(jù)的大決戰(zhàn)。

現(xiàn)在的天氣預(yù)報已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)結(jié)合，但在預(yù)測等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，依然主要依靠經(jīng)驗(yàn)來判斷，重慶市氣象局和百度智能云聯(lián)合打造的智慧氣象，則用“云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能”的新方式找到了天氣預(yù)報的捷徑，基于天樞?智能探測系統(tǒng)、天資?智能預(yù)報系統(tǒng)、知天?智慧服務(wù)系統(tǒng)和御天?智慧防災(zāi)系統(tǒng)，構(gòu)建起重慶智慧氣象發(fā)展藍(lán)圖。

盡管這套尚處于測試階段的智慧氣象系統(tǒng)，如今并不作為最終預(yù)測數(shù)據(jù)對外發(fā)布，但顧建峰認(rèn)為，“現(xiàn)在人不敢去相信機(jī)器，總有一天他們會相信的?！币?yàn)?a href="http://ygpos.cn/AI_1.html" target="_blank" class="keylink">AI預(yù)測的準(zhǔn)確性已高于目前的傳統(tǒng)方法。

天氣預(yù)報過程，可以簡單的劃分為三個階段：第一階段是觀測，第二階段將觀測所得的數(shù)據(jù)輸入大型計算機(jī)計算，第三階段則是預(yù)報員根據(jù)計算所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得出天氣預(yù)報。

重慶市氣象局和百度智能云的合作，也貫穿到了監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警三大環(huán)節(jié)當(dāng)中，同時還將氣象信息與各行各業(yè)發(fā)展相融合，描繪“大氣象”宏圖。

• 天樞

天氣預(yù)報的第一大特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量極大。目前，重慶市氣象局對接了8顆觀測衛(wèi)星、自建4部多普勒雷達(dá)和2000多個地面氣象觀測站、與周邊省份氣象部門共享10部多普勒雷達(dá)和近萬個地面觀測站數(shù)據(jù)。如此海量的數(shù)據(jù)，對存儲和計算提出了極高的要求。

為了“吃下”海量數(shù)據(jù)，重慶市氣象局與百度智能云共建了“天樞”大數(shù)據(jù)平臺和氣象云資源中心，以大存儲、高算力、穩(wěn)定的云計算基礎(chǔ)設(shè)施，助力氣象數(shù)據(jù)存儲和分析，現(xiàn)在，重慶氣象部門已經(jīng)形成了一個龐大的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能感知系統(tǒng)，氣象信息基礎(chǔ)設(shè)施水平和數(shù)據(jù)分析能力達(dá)到一流水平。

• 天資

吃下數(shù)據(jù)后，還要“吐出”結(jié)果——這個重任，托付給了“天資?智能預(yù)報系統(tǒng)”。

“傳統(tǒng)的氣象預(yù)報預(yù)警其實(shí)是很粗放的，不能滿足氣候多變地區(qū)的需要?！鳖櫧ǚ褰榻B，“比如預(yù)報萬州區(qū)即將迎來暴雨，但現(xiàn)在的技術(shù)仍無法排除部分區(qū)域不會降雨，該區(qū)域的群眾就會認(rèn)為天氣預(yù)報影響了自己的生活和工作。東邊日出西邊雨也是這樣的情況，有人會覺得自己相信了天氣預(yù)報帶傘，結(jié)果沒下雨成了累贅。這其實(shí)是氣象業(yè)務(wù)的精細(xì)化程度還不能很好契合公眾的需求。”

有了“天資”助力，氣象預(yù)報的精準(zhǔn)度得到了提升。利用百度飛槳（PaddlePaddle）深度學(xué)習(xí)平臺，2018年全年，重慶月溫度預(yù)測評分提高4分，月降水預(yù)測評分提高 12分，2019上半年的月溫度預(yù)測評分提高16分，月降水預(yù)測評分提高6分，天氣預(yù)報精準(zhǔn)度現(xiàn)住提升。在2019年的幾次冰雹、雷暴大風(fēng)強(qiáng)對流天氣過程中，冰雹、大風(fēng)識別命中率達(dá)到100%。

2019年6月4日20時至5日20時，重慶出現(xiàn)了一次自西向東的強(qiáng)對流天氣過程，市氣象臺提前1-2小時就精準(zhǔn)預(yù)報出有雷暴大風(fēng)，提醒市民防災(zāi)。

此外，重慶市氣象局0-2小時天氣預(yù)報的智能網(wǎng)格預(yù)報產(chǎn)品，也讓氣象預(yù)報的顆粒度能夠縮短到10分鐘，縮小到一平方公里，“東邊日出西邊雨”將不再是天氣預(yù)報中難以逾越的障礙。

• 御天

拿到天氣預(yù)報的結(jié)果后，還要盡快傳遞到一線，才能“趨利避害”——復(fù)雜的地理?xiàng)l件，讓重慶成為了自然災(zāi)害的潛在高發(fā)區(qū)：地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)高達(dá)16000個，大江大河防洪薄弱點(diǎn)300處，森林火災(zāi)隱患點(diǎn)4000處等等。

預(yù)警信息搶先一步，事關(guān)生死利害，承擔(dān)這個重任的是“御天-智能預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)”，它能更及時地進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測，更快速地發(fā)布預(yù)警信息，更精準(zhǔn)地落實(shí)責(zé)任到人。

在百度智能云的助力下，重慶實(shí)現(xiàn)全市16000多個地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)信息與四重網(wǎng)格預(yù)警人員信息、雨量觀測站信息關(guān)聯(lián)匹配，一旦達(dá)到雨量閾值，系統(tǒng)就會自動對關(guān)聯(lián)的責(zé)任人發(fā)預(yù)警信息，以最快的速度把天氣預(yù)警信息傳達(dá)給最需要的人。

顧建峰特意強(qiáng)調(diào)了“速度”的重要性，智能預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)通過對接百度智能云短信平臺，可以將預(yù)警短信發(fā)布速率從160條/秒提升到3000條/秒，預(yù)警信息發(fā)送給160萬預(yù)警責(zé)任人，以前需要2個多小時，現(xiàn)在只需要9分鐘左右。

2019年6月21到22日凌晨，重慶石柱縣暴雨如注、連下兩天，電閃雷鳴當(dāng)中，群眾手機(jī)里不斷收到強(qiáng)降雨短信和微信預(yù)警，該縣馬武鎮(zhèn)累積降雨達(dá)207.9毫米，220人有組織的及時轉(zhuǎn)移，盡管十余個鄉(xiāng)鎮(zhèn)嚴(yán)重受災(zāi)，卻沒有出現(xiàn)一例人員傷亡。

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“大氣象”宏圖

所謂天時地利人和，而天時，說的就是自然條件及天氣狀況。

天氣預(yù)報的作用，被顧建峰總結(jié)為趨利避害，而順應(yīng)和利用天時，則能惠及各行各業(yè)，創(chuàng)造浩瀚無垠的增量價值。

中國氣象局制定的《氣象信息化發(fā)展規(guī)劃(2018-2022年)》（以下簡稱《規(guī)劃》）的數(shù)據(jù)顯示，歐洲、美國、日本2015年氣象數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用產(chǎn)生的商業(yè)價值分別達(dá)到2600億、1600億、100億美元，而中國不足15億美元，“中國氣象信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模有待提升?！?/p>

在智慧氣象的行業(yè)應(yīng)用方面，重慶走到了前列，重慶市氣象局與百度智能云共同打造的知天?智慧服務(wù)系統(tǒng)，開始在農(nóng)業(yè)、旅游、水利等垂直領(lǐng)域落地應(yīng)用。

在美國，氣象研究最早應(yīng)用于戰(zhàn)爭，而中國氣象的最初應(yīng)用領(lǐng)域則是農(nóng)業(yè)。2018年，重慶農(nóng)林經(jīng)濟(jì)作物面積達(dá)到2935萬畝，全市農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值達(dá)2052.41億元，它們都需要重慶氣象部門的“保護(hù)”。

“我們不僅救老百姓的性命，我們還在鄉(xiāng)村振興、脫貧攻堅方面，為老百姓增收”，顧建峰提到，今年，正宗的巫山脆李，在獲得“中國氣候（特優(yōu)）好產(chǎn)品”稱號后短短半個月，價格就翻了4倍左右。

受益者還有重慶的農(nóng)戶。種植在重慶巫山、萬州等山區(qū)的農(nóng)作物，最怕冰雹。“云接云，雹成群”、“云跳舞，莊稼苦”，農(nóng)戶們一看到冰雹要來，就很緊張。

有了智慧氣象助力，重慶對2019年的幾次冰雹、大風(fēng)等天氣狀況的識別命中率達(dá)到100%，提前監(jiān)測就能進(jìn)行更加精準(zhǔn)有效的人工防雹，農(nóng)作物保住了。

“如果我們不能及時預(yù)報防范冰雹，幾百畝農(nóng)作物就毀了，農(nóng)戶立即返貧，氣象能用非常小的成本獲得非常大的收益”，顧建峰說。

同樣受益的還有旅游行業(yè)——“一江碧水、兩岸青山、千年文化”的重慶，正在努力將風(fēng)云變幻的氣象景觀資源和高達(dá)2650米海拔落差形成的山地氣候資源，轉(zhuǎn)化為旅游資源、養(yǎng)生資源、生態(tài)產(chǎn)業(yè)資源。

為此，集自然氣候奇觀、體驗(yàn)生態(tài)氣候、氣象科普教育于一體的重慶三峽國家氣象公園，正在全力推進(jìn)建設(shè)，將集納飄渺云海、瑰麗霞光、斑斕彩虹、圣潔雪景、神秘霧淞、巴山夜雨等氣候景觀資源，可以“春賞花”、“夏消暑”、“秋觀葉”、“冬玩雪”，這項(xiàng)浩大的工程將長江沿線及附近的31個區(qū)縣都納入了建設(shè)范圍。

此前，智慧氣象已經(jīng)助力首個“國家氣候養(yǎng)生旅游示范基地”落戶重慶，城口、黔江、酉陽分獲“中國生態(tài)氣候明珠”、“中國清新清涼峽谷城”、“中國氣候旅游縣”等國家氣候品牌，銅梁、石柱、云陽龍缸國家地質(zhì)公園、巫山獲得“中國天然氧吧”稱號等。

不僅服務(wù)農(nóng)業(yè)和旅游，在大型工程基建、生態(tài)文明建設(shè)、精準(zhǔn)扶貧和鄉(xiāng)村振興、防災(zāi)減災(zāi)等各個方面，無一不需要智慧氣象助力。

重慶立體的氣候，多變的天氣，曾經(jīng)一度讓重慶人飽受天災(zāi)之苦，如今，重慶市氣象局迎難而上，與百度智能云聯(lián)手，構(gòu)建國際領(lǐng)先的智慧氣象系統(tǒng)，不僅能夠通過預(yù)測天時規(guī)避天災(zāi)，還能順應(yīng)、利用天時，助力各行各業(yè)“叱咤”風(fēng)云。

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老字號“換道”超車

2017年底，顧建峰上任重慶市氣象局黨組書記、局長，這是他時隔五年后第二次來渝工作。

這位談起天氣就興致盎然的氣象專家，對于重慶有著特殊情結(jié)?！爸貞c，是中國氣象事業(yè)的發(fā)源地?！鳖櫧ǚ逭f，中國第一個國家級氣象機(jī)構(gòu)，就曾落址在重慶市沙坪壩區(qū)，名為“中華民國中央氣象局”。而一大批著名的氣象科學(xué)家，比如中國氣象學(xué)奠基者、中央研究院氣象研究所首任所長竺可楨、新中國首任國家氣象局局長涂長望等，都曾工作、生活于此。

顧建峰為此頗感驕傲，另一方面，他也有兩點(diǎn)遺憾。

一是傳統(tǒng)的數(shù)值預(yù)報模式面臨瓶頸，難以向上突破。

天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率達(dá)到了85%，“在所有的預(yù)測科學(xué)里，準(zhǔn)確率是最高的?！鳖櫧ǚ逭劦?，但從85％－100%的爬坡，卻極為艱難。

而智慧氣象則提供了另外一條思路——可以在數(shù)值預(yù)報的基礎(chǔ)上利用人工智能進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，繼而通過算法進(jìn)一步提高準(zhǔn)確率。

其二，在經(jīng)典的數(shù)值預(yù)報模式上，中國與發(fā)達(dá)國家尚有一定差距。

這一差距尤其體現(xiàn)在氣象信息化水平上?！兑?guī)劃》顯示，歐美國家氣象局高性能計算能力普遍達(dá)到了10-16PFlops，是中國的10倍左右；氣象數(shù)據(jù)存儲規(guī)模普遍在100-150PB，也是中國存儲規(guī)模的10倍以上。發(fā)達(dá)國家氣象數(shù)據(jù)中心和超算中心與地方氣象業(yè)務(wù)部門網(wǎng)絡(luò)連接速度達(dá)1-10Gbps，是中國的25-100倍，等等。

既然在這一路徑上，后起追趕的中國難以超越美國等氣象強(qiáng)國，采用AI技術(shù)的智慧氣象就成為了“彎道超車”的可行路線。

目前，百度飛槳是唯一的中國自主知識產(chǎn)權(quán)開源的深度學(xué)習(xí)平臺，以此平臺為基礎(chǔ)發(fā)展智慧氣象，有利于氣象預(yù)報技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展和隱私安全。顧建峰也談到，建立自主可控的氣象深度學(xué)習(xí)平臺符合國家氣象發(fā)展戰(zhàn)略，這也是百度成為重慶市氣象局共建智慧氣象合作伙伴的最核心原因。

1930年，竺可楨主導(dǎo)搭建的中國氣象觀測網(wǎng)，結(jié)束了中國天氣預(yù)報由外國人壟斷的歷史，收回了天氣預(yù)報的“主權(quán)”。

今天，重慶市氣象局與百度智能云攜手共創(chuàng)，或許有望在全球打造首個智慧氣象“樣板間”，讓中國氣象預(yù)報擺脫數(shù)值預(yù)報模式下屈居發(fā)達(dá)國家之后的短板，借助“云＋AI”彎道超車。

先行一步的重慶智慧氣象試點(diǎn)，正是對年初出臺的《智慧氣象服務(wù)發(fā)展行動計劃（2019-2023年）》的呼應(yīng)，《行動計劃》提出，到2023年，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術(shù)在氣象服務(wù)中得到充分應(yīng)用，初步形成智能感知、精準(zhǔn)泛在、情景互動、普惠共享的新型智慧氣象服務(wù)發(fā)展生態(tài)。

80多年前，中國首個國家級氣象機(jī)構(gòu)曾起步于此；今天，智慧氣象風(fēng)云也發(fā)端于此，重慶先行一步，但不會止于重慶，如同星星之火，可待燎原之勢。

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