自动化观测让天气预报更精准

不知您发现没有，如今的天气预报越来越精准了。摸透老天爷的“暴脾气”，先得观察清楚老天爷的习性，其中最基础的手段便是观测。不久前，我国地面气象观测实现自动化的消息被人们广泛关注。

那么，是什么催生了自动化气象观测？地面气象观测自动化是否会产生更优的数据？又将给公众带来什么呢？

自动化观测取代人工观测

地面气象观测是综合气象观测中历史最早、开展最普遍、发展最为成熟的一类观测工作，在气象防灾减灾、应对气候变化和生态文明建设中占有重要地位。

新中国成立初期，全国有101个气象台站，尚构不成合格的全国气象监测网。观测员们需要利用玻璃温度表、水银气压计、雨量筒、风速计和目测等开展人工观测，并通过编发报传输观测信息。

地面气象观测作为最基本的观测业务，要求全球所有的地面气象观测站在同一时间，按照统一的技术要求，实施同样的观测项目，并按照统一的数据格式，提供全球交换的基本气象要素直接观测资料。

这其中，人工观测涉及气温、气压、湿度、风向、风速、降水、云、能见度、天气现象等气象要素及其变化过程，同时还需开展系统连续的观察测定、数据收集及处理工作。这些不同类别的气象观测信息都得准确记录在观测记录簿上。

从1982年开始，地面观测业务采用PC-1500袖珍计算机，观测资料的计算、统计、编报实现了自动化。

从20世纪90年代开始，我国地面气象观测自动化开始发力，气温、湿度、气压和雨量等气象要素逐步实现自动观测。1999年至2008年，中国气象局分批次完成了自动气象站推广建设和应用。2014年，中国气象局对全国地面气象观测业务的调整，拉开了地面气象观测自动化改革的大幕。

近年来，能见度仪、云高云量观测仪、天气现象仪器、自动日照计、固态降水观测仪等自动化观测设备陆续亮相，逐步取代人工观测任务。涉及地面观测等内涵的智慧气象概念从酝酿到提出，逐渐丰富，已经转化为实际应用。

如今，我国有国家级地面气象观测站2423个，区域观测站超过6万个。在国家级地面气象观测站里，一般都会有一个面积为25米×25米大小的观测场，负责“捕捉”大气环境中多种多样的气象要素和现象。

地面气象观测自动化改革从局部探索正式切换调整为业务运行，意味着我国地面气象观测从人工观测迈进全面自动化的新时代。气象观测员多年来使用的玻璃温度表、水银气压计等仪器将成为“文物”了。而通过配备自动观测设备及应用卫星遥感、多源数据自动综合判识、智能图像识别等技术手段，地面气象自动化观测的现实基础已越来越牢靠。

自动化观测较人工观测更精密

在气象学上，云是悬浮在大气中的大量小水滴或冰晶微粒组成的可见聚合体。不同的云外形特征有所差异，有积状云、层状云和波状云，这些云中又有不同种类的云。对云的观测包括云状、云量、云高等项目，涉及三族十属二十九类云，较为复杂。

多年来，为了更为精准地观测云，气象观测员多在能看到全部天空及地平线的开阔地点或平台观测云量、云高，且需关注连续演变情况。若是阳光强烈，观测员需戴黑色眼镜观测，以避免太阳辐射产生视程障碍。目测云高，则需要根据云块大小、亮度、颜色、移动速度等情况，结合当地常见云高范围估测。在这个过程中，云是变化的，高度或增或减，人工观测云时易出现主观误差。

面对同一片天空，通过自动化的观测设备完成对云遮蔽天空视野成数的云量观测和云底距测站垂直距离的云高观测，结果将会更为客观。

不止如此，对于能见度的观测，相较于人工观测，自动化能见度观测是连续、实时的，观测的可比性和稳定性较好，观测的精度和时间分辨率不断提高，对于提升能见度预报的精细化水平将持续发挥重要作用。

对于高速公路上的流动“杀手”团雾，往往由于持续时间短、变化快，人工观测可能无法准确捕捉能见度变化情况，但自动观测仪容易察觉。这意味着团雾监测空白地带在减小，未来对局地团雾、近地面雾的监测预警会更有效。

而在经历一次次天气现象自动化观测试验后，对于降水、地面凝结、雷电等天气现象，借助高精度的摄像头等仪器配备，可获取高清晰度的视频实景图像，持续进行天气现象自动化观测。从天气图像采集到处理，再到大数据、深度学习、人工智能等更丰富的智能算法的应用，天气现象资料将被更精密地观测。

从人工观测到自动化观测，需要攻克和推进应用云、能见度和天气现象三方面的关键技术。如今，这些关键技术已被突破，自动化观测自然水到渠成。

据国家气象信息中心实时监控显示，自动化气象观测频次较人工观测约提高4到8倍，其中云观测站点数约提高3倍，数据量较人工观测约增加10倍；观测数据传输用时由分钟级优化至秒级，到报完整率达99%以上，传输频次从5分钟提升至1分钟，数据传输频次与效率大幅提高。地面气象观测频次、传输效率和数据量方面的提升，增强了我国气象观测“监测精密”能力。

自动化观测发展空间广阔

地面气象观测自动化与气象预报服务有效衔接，自然会碰撞出更多的“火花”。高频次、高数据传输效率和更丰富的气象观测数据，在国家级和省级两级数据环境的实时落地，作为业务数据接入气象信息综合分析处理系统平台，将会在实况监测、预报预警、智能网格实况融合分析等业务中得到普遍应用。这将更好地满足气象预报服务需求，为实现“预报精准、服务精细”的要求提供有力支撑，从而更好地保障服务防灾减灾救灾等国家战略实施。

对于气象预报员而言，观测数据十分重要。综合利用各种观测手段得来的数据，才能得出尽可能精准的预报结论。“包括气象预报员在内的广大用户将能获取到多要素、高精度、全天候的自动气象观测产品。我们能看到的不仅是用数字、文字表示的观测结果，还有全国所有气象台站或关键地点的实景图像、视频，可帮助我们更直观、连续地了解各地天气实况。”国家级首席预报员叶成志说。

天气预报的核心工具是数值天气预报。如今的天气预报技术已由单一天气图经验预报转变为以数值预报产品为基础、多种观测资料综合应用的现代技术。而数值天气预报是以气象观测资料为初值条件，通过巨型计算机进行数值计算，再用流体力学和热力学方程组进行求解，进而预测未来的大气运动状态。

地面气象观测自动化还会为气象观测研究型业务的发展赢得空间。如一些地方推出智能气象观测手机软件、智能气象台站系统建设，以及“天脸识别”等新型探测技术装备，这也为推动观测智能化发展提供了技术支持。

中国气象局气象探测中心高级工程师张鑫介绍，地面气象观测自动化还有改进的空间，下一步或将朝着“云+端”技术新模式方向探索。如果能在大数据、人工智能方向继续深挖，赋予自动化更多智能思考和运算，同样也会降低数据差错率。