智慧氣象的內涵與特征研究

文｜周勇，胡愛軍，楊詩芳，龔江麗

?

智慧氣象的內涵與特征研究

文｜周勇，胡愛軍，楊詩芳，龔江麗

一、引言

當今，信息化發展已經歷三個階段，即從數字化到網絡化再到智慧化。各產業一旦與智慧技術相結合，將大大提升產業素質，提高資源配置效率，實現產業的高度化。對此，我國政府給予了高度重視，在《國務院關于大力推進信息化發展和切實保障信息安全的若干意見》、《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》、《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》和《國務院關于印發促進大數據發展行動綱要的通知》等一系列重要文件中，提出了發展智慧城市、智慧旅游、智慧環保、智慧物流、智慧國土、智慧醫療、智慧能源、智慧國土等若干政策措施。此外，多個政府部門還從自身發展需求出發，提出了智慧林業、智慧農業、智慧交通、智慧水利等若干行業的智慧化發展戰略或開展了相關研究。

發展智慧氣象，與全面推進氣象現代化、全面深化氣象改革等環環相扣，其重要性已經得到了領導和專家的認同，對其內涵和特征的認識也在逐步深化。

二、相關領域現狀綜述

智慧化發展的重點領域大致可分為兩類：一類是綜合性智慧化發展戰略，如：智慧政府、智慧城市和智慧地球等；另一類是智慧產業發展戰略，如：智慧環保、智慧旅游、智慧林業、智慧交通等。

（一）綜合性智慧化發展戰略

1. 智慧地球

全球智慧城市的熱潮源于IBM公司2008年提出的“智慧地球”。2009年1月，美國奧巴馬總統公開肯定了IBM“智慧地球”思路，2009年8月，IBM又發布了《智慧地球贏在中國》計劃書。

“智慧地球”的基本理念是：通過建設更加智慧的追蹤系統、更加智慧的交通系統、更加智慧的能源系統、更加智慧的醫療保健系統等，把實體世界和數據世界融合在一起，把世界變得更加智慧。智慧地球具有三個“智慧推動力”：更透徹的感應和度量、更全面的互聯互通、更深入的智能洞察，這也可以被視為是智慧地球的三個主要特征。

2. 智慧政府

從全球范圍來看，政府信息化經歷了從數字政府、電子政務、移動政務到智慧政府的多個發展階段，“智慧政府”這一概念具有明顯的實踐先于理論的特點，它的建設尚處于探索階段，世界各國政府機構都是在探索中先行先試。

中國電子信息產業發展研究院金江軍提出：“智慧政府”是指利用物聯網、云計算、移動互聯網、人工智能、數據挖掘、知識管理等技術，提高政府辦公、監管、服務、決策的智能化水平，形成高效、敏捷、便民的新型政府。政府的四大職能是經濟調節、市場監管、社會管理和公共服務，“智慧政府”就是要實現上述職能的數字化、網絡化、智能化、精細化?！爸腔壅本哂型笍馗兄?、快速反應、主動服務、科學決策等特征。

3. 智慧城市

國家發改委、工信部、科技部等八部委聯合下發的《促進智慧城市健康發展的指導意見》（發改高技〔2014〕1770號）中提出：智慧城市是運用物聯網、云計算、大數據、空間地理信息集成等新一代信息技術，促進城市規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式。文件中提出的“公共服務便捷化、城市管理精細化、生活環境宜居化、基礎設施智能化、網絡安全長效化”也可視為對智慧城市內涵的描述。

對于智慧城市的特征，國家信息中心專家委員會主任寧家駿提出“智慧城市以智慧技術高度集成、智慧產業高端發展、智慧服務高效便民為主要特征”；工業與信息化部原副主任陳如明提出“智慧城市具備的幾個顯著特征將是設施更高級，發展更科學，管理更高效，執行更務實，環境更綠色，城市更安全，社會更和諧，生活更美好”。

（二）智慧產業發展戰略

智慧林業：國家林業局于2013年印發的《中國智慧林業發展指導意見》是我國各部委中最早公開發布的智慧產業發展戰略。該文件提出智慧林業的基本內涵是：充分利用云計算、物聯網、大數據、移動互聯網等新一代信息技術，通過感知化、物聯化、智能化的手段，形成林業立體感知、管理協同高效、生態價值凸顯、服務內外一體的林業發展新模式。智慧林業具有數字化、感知化、互聯化、智能化、一體化、協同化、生態化、最優化等主要特征。

智慧環保：2012年，環保部信息化辦公室專家提出：智慧環保是借助物聯網技術，把傳感器和裝備嵌入到各種環境監控對象（物體）中，通過超級計算機和云計算將環保領域物聯網整合起來，實現人類社會與環境業務系統的整合，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的“智慧”；智慧環保以廣泛準確的多源環境數據獲取能力、快速有效的數據傳輸能力、智能的信息分析處理能力和綜合性的輔助決策支撐與管理能力為特點。

智慧交通：交通運輸部規劃研究院專家提出：智慧交通是智能交通系統或交通信息化發展的更高階段。智慧交通是指在較完善的交通基礎設施基礎上，將信息技術（包括計算機技術、通信技術、傳感技術）集成應用于傳統交通運輸系統，改變現有交通基礎設施、運輸工具、運輸組織和交通管理的形態，所形成的一套將虛擬和現實相結合，將任何人、任何物在任何時間采用任何方式運送到任何地點的智慧型綜合交通運輸系統。

智慧醫療：2015年3月30日國務院辦公廳印發的《全國醫療衛生服務體系規劃綱要（2015—2020年）》（國辦發〔2015〕14號）中提出了要“開展健康中國云服務計劃，積極應用移動互聯網、物聯網、云計算、可穿戴設備等新技術，推動惠及全民的健康信息服務和智慧醫療服務，推動健康大數據的應用，逐步轉變服務模式，提高服務能力和管理水平”。

智慧能源：2015年7月4日發布的《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》（國發〔2015〕40號）中，把“‘互聯網+’智慧能源”列為11項重點行動之一，并提出推進能源生產智能化、建設分布式能源網絡、探索能源消費新模式、發展基于電網的通信設施和新型業務等重點任務。

智慧農業：中國農業科學院農業信息研究所和中國電子技術標準化研究院的專家聯合研究后提出：智慧農業的內涵是：農業思想認識的智慧化、農業生產過程的精細化、農業發展環境的審美化、農業生產運行的系統化、農業產品質量的優質化和農業發展資源的持續化。智慧農業以農業全產業、全過程智能化的泛在化，以及優質、高效、可持續發展等為特征。

智慧水利：中國水利水電科學研究院專家提出智慧水利的基本概念是：其總體架構是集物理水網、虛擬水網和市場水網一體的現代化水資源系統；其核心特征是實時感知、水信互聯、過程跟蹤、智能處理；其關鍵技術是基于云技術的監測、計算和服務，基于多水源高效能的智慧調度，基于多通道優拓撲的精準投遞；其核心目標準確預報、精準配送和高效管理，全面提高水資源效能，促進我國水資源高效利用水平的跨越式提升。

此外，在國務院文件或由地方政府提出的智慧產業還有：智慧物流、智慧海洋、智慧社區、智慧健康養老產業等超過20個。

（三）綜合分析

不難發現，政府、學術界和企業界對各種智慧化發展戰略的描述千差萬別：既有從字義出發，解釋什么是“智慧”，進而分析其應具備的特征；也有從技術出發，特別強調信息新技術的應用和影響；還有從目的出發，強調對國民經濟的貢獻和如何推進產業發展。雖然論述角度不同，但都存在一些共同之處：一是依托信息技術，二是強調融合發展，三是關注效益效能。

信息新技術，既是實現智慧化的基礎，又是實施智慧化發展戰略不可或缺的內容。物聯網和移動互聯網就像人的神經系統，用于感知環境；云計算平臺和大數據分析技術就像人的大腦，用于分析判斷。離開了健康的大腦和神經，就談不上人的“智慧”；離開了信息新技術的應用，智慧化發展戰略就無法實現。

產業融合是智慧化發展的內在要求之一。一方面，產業融合是“智慧”的重要源泉和基礎，例如綜合處理跨領域、跨行業、跨部門的數據資源，才能及時了解需求、靈活應對；另一方面，產業融合才能實現智慧化發展效益的最大化，促進經濟、社會、環境的協調發展。

此外，正如“只知道怎么做，不知道為什么做”的人不算聰明人，發展智慧產業，不能為“智慧”而“智慧”，要把提高效能和發揮效益作為智慧化發展戰略研究的出發點和落腳點。

三、智慧氣象研究基礎

（一）前期研究成果

國家氣象信息中心副總工沈文海從當前信息化的主流趨勢及其給氣象信息化建設帶來的啟示入手，提出智慧氣象的內涵至少包括：完整適用的感知、全面準確的預測、及時滿意的服務、生動持續的創新等內容；智慧氣象的特征包括：適度靈活的感知、需求引導的預報、敏捷智能的服務、智慧有效的人影、充分共享的數據、移動便捷的應用、激勵創新的環境、規范標準的技術、集約高效的資源、統一簡約的管理。

中國氣象局發展研究中心在咨詢報告《關于實施智慧氣象發展戰略的思考和建議》中提出：“智慧氣象的內涵包括五個方面：智能的感知、精準的預測、普惠的服務、科學的管理、持續的創新”，智慧氣象的特征包括：泛在、共享、協同、融合、安全。

（二）實踐工作基礎

江蘇省政府發布的《智慧江蘇建設行動方案（2014-2016 年）》中提出推進智慧氣象建設工作，并在智慧應急平臺整合工程、智慧民生服務保障行動、城鎮運行集中管控工程中劃定了氣象部門的多項任務。

吉林省遼源市把智慧氣象作為遼源智慧城市建設的一個重要內容，依托云計算、移動互聯和大數據技術，實現氣象與智慧城市運行管理部門（如、農業、環保、安監、消防、林業等）的互聯、互通和互動。吉林省副省長隋忠誠在實地調研遼源智慧氣象后，要求全省氣象部門推廣智慧氣象建設。

廣西防城港市建設的“互聯網+海水養殖”智慧氣象綜合服務系統，將氣象水質遠程監控、自然災害防御、水產養殖病害遠程監測和診斷等集成，實現遠程監控。通過手機，農戶不僅可以隨時看到養殖池實況視頻監控畫面，還可以隨時看到養殖池的水質、溫度、酸堿度等要素的變化，并可以通過啟動增氧機，實現水產養殖池水質的實時自動控制。廣西壯族自治區黨委副書記危朝安對該系統建設給予了高度評價。

此外，上海、重慶、深圳、寧波、青島、佛山等地氣象部門因地制宜，把氣象融入智慧城市發展，在建設“智慧氣象”方面也進行了積極有益的嘗試，并取得了一定成效。

（三）國外相關情況

雖然國外政府和企業尚很少使用“智慧氣象”這一名稱，但很多實際工作都具有發展“智慧氣象”的特色。僅以2015年10月28日，IBM公司投入約20億美元收購天氣公司Weather Com pany為例：IBM公司統計美國每年約有5000億美元的商業損失與氣象有關，而它將建立一個基于云的開放平臺，幫助各行業整合氣象數據等分散的實時數據到各行業的業務運營中。IBM公司還提出了與氣象密切相關的若干重點發展領域，如：制藥公司和藥店依靠天氣預報預測決定何時增加過敏藥物的供應；農業企業利用氣象數據來最大限度地提高作物產量；保險公司依靠氣象數據減少車輛索賠；食品、鏟子、鹽、沙、御寒服裝等商品零售商根據風暴預報調整人力資源和供應鏈；公用事業公司根據溫濕度變化對空調用電的影響來更準確地預測電力消耗，從而避免超負荷和服務中斷等。

四、智慧氣象的內涵與特征

（一）智慧氣象的內涵

首先，智慧氣象離不開氣象“主業”，智慧業務、智慧服務和智慧管理是其最主要的三部分，由此應包括智能的信息獲取、精準的預報預測、開放的氣象服務和精細的科學管理等4項內容。其次，智慧氣象不局限于氣象“主業”，與農業、工業、交通、能源等其他產業融合，與智慧城市、智慧政府協同發展，才能實現智慧氣象并體現其價值，因此深度的產業融合也是智慧氣象的必要內容。此外，智慧氣象不是靜止不變的，而是一個持續發展的過程，要以科技創新為動力，因此持續的科技創新也是其重要內容之一。與以往的創新模式不同，公眾參與將是智慧氣象階段科技創新的新源泉和突出特點。

綜上，智慧氣象應包括：智能的信息獲取、精準的預報預測、開放的氣象服務、精細的科學管理、深度的產業融合、持續的科技創新等6方面主要內涵。

圖1　智慧氣象的基本內涵

1. 智能的信息獲取

智能的信息獲取或稱“智能的感知”，是各類智慧產業的共性內涵，也是智慧氣象的必要組成部分。就氣象而言，它是在現有綜合觀測業務基礎上的延展。一是信息獲取的目的更加多樣：非但要具有感知自然界氣象要素的能力，還要具備感知社會對氣象服務新需求，以及氣象業務系統自身實際狀態的能力；二是信息獲取的內容更加廣泛：既包括比現在更加豐富的氣象要素、運行狀態信息，還包括國民經濟數據、地理環境數據、其它產業數據、社交媒體信息等；三是信息獲取的方式更加靈活：除了通過綜合氣象觀測設備采集和部門共享數據外，物聯網、移動互聯網和大數據分析等也將成為信息獲取的重要方式；四是系統運作更加智能：要實現業務靈活組織（如：自動按需調整自動觀測或互聯網數據收集的內容、頻次等），并可以在一定程度上實現有用信息的自我發現（如：通過數據挖掘自動識別出公共服務新需求）；五是數據質量更有保障：傳感器、物聯網、數據關聯分析等領域的技術進步和應用，將在減輕工作人員勞動強度的同時，實現數據質量的大幅提高。

2. 精準的預報預測

精準的預報預測也經常出現在其它智慧產業的內涵中，主要是指對消費者行為的預測，但對智慧氣象而言，內容更加豐富，地位更加重要。在信息技術的支撐下，將實現更加精準的預報預測：一是預報內容更加豐富。既包括天氣預報和氣候預測（包含：氣象要素的預測、氣象災害的預測、基于影響的預測等多個層次），又包括用戶潛在服務需求預測、系統潛在故障點和影響范圍預測等。二是預報質量更加精準。精細化包括時空分辨率、預報預測的更新頻次的提升等，準確則是指上述預報預測在時效、趨勢、范圍和量級等方面都能做到更加準確。三是預報技術更加先進。云計算技術、大數據處理技術、數據挖掘技術、可視化技術等信息新技術將與傳統氣象預報預測技術相結合，既可以增強數據處理能力，又有可能催生新的科技理論和預報方法。四是預報結果的展示更加直觀。能夠將現實與虛擬實景相結合，以任意視角、任意切割方式、任意的視覺映射方式交互地展示預報結果。

3. 開放的氣象服務

如何縮小有限的氣象服務能力與日益增長的無限需求之間的差距，是貫穿氣象事業發展過程中的永恒主題。發展智慧氣象的一個內在要求就是要通過深化氣象服務體制改革，加快構建開放、多元、有序的新型氣象服務體系，發揮多方積極性，激發市場活力、調動社會資源和力量參與氣象服務，擴大氣象服務的覆蓋面，實現基本公共氣象服務均等化，滿足社會公眾對氣象服務的需求。

開放的氣象服務包括：更開放的服務理念——要深化合作、擴大開放、共享資源、共同發力，實行更加積極主動的開放戰略；更開放的服務市場——打破部門壟斷，服務市場化機制更加完善，并逐步形成“大眾創業、萬眾創新”的新局面；更開放的監督管理——中國氣象局作為行業主管部門，負責引導氣象服務市場健康發展，對氣象服務市場的監管信息和監管程序也更加公開、透明；更普惠化的公眾服務——實現基本公共氣象服務均等化，更加敏捷地響應社會需求，讓人人都能享受到個性化、專業化的氣象服務，并在生產生活中獲得巨大價值和最佳體驗。

4. 精細的科學管理

同智慧城市一樣，智慧氣象同樣強調協同發展、資源共享、深度互聯，必定會沖擊傳統的管理思維方式?！坝脭祿f話、用數據管理、用數據決策”作為大數據時代的管理新路徑，將對氣象業務管理、社會管理、服務管理、科技管理等都將產生深遠的影響。

一是變革管理理念。黨的十八屆三中全會首次在黨的重要文獻中提出了“政府治理”的概念，強調原來政府控制和管理的觀念必須讓位于規范、調控和服務的觀念，政府管理由“自上而下”發號施令轉變為政府、社會、市場、公民個人之間的合作與良性互動，建立新型的伙伴關系。這與氣象社會管理、氣象科技管理的趨勢和要求相一致，也將成為智慧氣象管理領域的發展思路。二是提高管理效能。重視數據的分析和使用，綜合處理業務、服務、行政、財務等各類數據，為氣象內部事務、社會事務、行政審批、事中事后監管等精準管理提供決策支撐，提高管理的針對性和有效性。三是提高管理效率。通過信息化手段，減少人工處理環節，縮短處理流程，降低管理成本，在提高被管理者滿意度的同時減輕管理者工作強度。

5. 深度的產業融合

信息技術的發展，帶動了產業結構的變動，并以產業融合的方式出現。不僅在微觀的企業層面出現帶有復合的混業經營現象，而且在宏觀層面上出現產業的交叉滲透，產業部門關聯復雜化和產業邊界的模糊化。從產業角度看，產業融合可分為產業滲透、產業交叉和產業重組三類。產業滲透是指發生于不同產業邊界處的產業融合，對于智慧氣象而言，就是氣象服務深度滲透到智慧農業、智慧林業、智慧水利、智慧交通、智能家居、智能建筑、智慧城市等其他產業中；產業交叉是指通過產業間功能的互補和延伸實現產業融合，如：氣象傳感器的研發生產，將不再由傳統氣象觀測設備廠商壟斷，手機芯片廠商、智能家居廠商等也會加入其中，反之亦然；產業重組主要發生于具有緊密聯系的產業之間，信息技術企業、氣象服務企業、媒體服務企業、電子商務企業、清潔能源企業、交通運輸企業等跨并重組，可以實現人力、財力、物力和數據資源的整合，發揮更大效益。2013年農業生物技術公司孟山都公司9.3億美元收購氣象企業Climate公司，2015年信息技術企業IBM公司20億美元收購天氣公司Weather Company，都是氣象領域產業重組的典型事例。

6. 持續的科技創新

持續的科技創新是推動智慧氣象由初級階段向高級階段發展的動力。智慧氣象不僅體現在以物聯網、云計算、移動互聯網為代表的新一代信息技術的充分應用上，還體現在構建有利于創新涌現的制度環境與生態方面。通過改善創新環境，實現以用戶創新、開放創新、大眾創新、協同創新為特征的以人為本可持續創新，創造并最大限度地發揮氣象信息的價值，推動智慧氣象可持續發展。

為促進持續的科技創新，需要通過改善項目管理、加強成果轉化，優化創新機制；通過共享氣象數據資源、搭建開放的創新平臺，改善創新環境，支撐萬眾創新；通過知識產權保護、市場公平競爭、收益合理分配，激發創新活力；通過創新成果智能發現、自由轉讓，降低創新成本、提高創新效率。

（二）智慧氣象的特征

根據智慧氣象的技術基礎和內在要求，它應具備以下5點主要特征：無處不在、充分共享、高度協同、全面融合、安全可控。

無處不在是指實現與天氣氣候有關的人與物、人與人、物與物等之間的連接，氣象感知無處不在，氣象服務無處不在。充分共享是指在互聯互通的基礎上，在平臺的支撐下，各類氣象信息基礎設施、數據信息資源、技術資源、研發成果都能充分共享。高度協同是指氣象各業務之間，氣象業務與科技之間，氣象業務、服務、管理活動之間，氣象系統與各行各業的經濟社會系統之間能夠和諧高效地協作，達到無縫連接、協同發展。全面融合是指智慧氣象融入到國民經濟的各個領域和人們的衣食住行之中，促進氣象數據的挖掘與應用，基于氣象的影響來做出生產生活中的正確決策，以“互聯網氣象+”改進決策、改進生產、改善生活、改造傳統產業，使消費者在生產生活中深刻地體會到處處“離不開”氣象。安全可控既包括氣象信息基礎設施、信息資源、業務應用系統安全可靠，對新技術新應用能做到“先審后用、能控則放、用中管控、安全審計”；又包括氣象風險管理能力進一步提高，能夠及時發覺并智能分析風險隱患，為社會、經濟、環境等領域健康發展提供更加可靠的保障，使氣象事件的不利影響和安全風險更加安全可控。

5 結束語

表面上看，智慧氣象最關注的是產業創新和創造價值，強調物聯網、云計算、大數據等信息技術應用，而非數值預報等天氣預報技術。但深入分析可以看出，觀測質量和預報準確率才是發展智慧氣象最重要的基石。智慧氣象離不開信息化，而信息化以數據為核心。數據資產是智慧氣象產業創新和創造價值的源泉。沒有高質量的觀測數據和精準的預報預測，氣象數據與其它領域數據融合分析就可能產生出更多、更偏離事實的錯誤信息，用于服務生活、指導生產就會造成更為嚴重的損失。所以，智慧氣象不能脫離氣象的“主業”，一定要重視業務質量的提高。

作者單位：中國氣象局發展研究中心