智能網格預報業務發展前景下預報員作用的思考

李明娟，戴昌明，井 宇

(陜西省氣象臺，西安 710014)

氣象預報技術領域是最早引進人工智能技術的專業領域之一，上個世紀80年代以來研發了一系列預報專家系統。隨著數值預報模式越來越精確，多模式集合預報技術和大數據應用是智能網格預報業務發展的新動能。一方面，基于數值預報機理的數理統計形成復雜預報模型、預報方法；另一方面，通過基于氣象大數據的挖掘萃取、機器學習等，人工智能將與天氣預報更深入地結合。智能化預報基于大數據的分析和挖掘，對各種不同數據進行綜合研判，從而形成最終的預報結果[1]。信息化技術成為智能預報的精細化程度的重要推動。智能網格預報是精細化預報的發展方向。在云計算、物聯網、移動互聯以及大數據等技術推動下，氣象信息化不斷推進，基于數值預報和大數據應用，結合智能化的預報算法的天氣預報業務也在飛速發展。

智能網格預報迅速發展，客觀手段逐步替代了氣象預報員的部分工作，與之前相比，預報員的作用如何發揮？利用MICAPS常規數據、陜西現代氣象一體化智能網格預報平臺系統(以下簡稱“智能網格系統”)預報檢驗數據、以及陜西天氣業務實時評估平臺預報評分數據，結合預報服務實例進行了分析，試圖就這個問題提出一些分析和思考。

1 預報員的主觀預報與多模式集成預報對比

陜西省一體化智能格點預報平臺以數值預報為基礎，采用動態交叉取優(DCOEF)技術進行客觀化模式釋用，可調入ECMWF、JAPAN、GRAPES-MESO、NECP等不同數值預報模式，可對全國統一預報場進行本省范圍內局部更新[2]。平臺提供十余類格點預報編輯工具，預報員可直觀便捷地進行圖形化格點編輯，對數值預報進行主觀訂正。這一平臺于2017年1月開始在陜西省氣象臺雙軌運行。為了分析和比較預報員和智能網格系統的預報能力，對2017年1—6月陜西省氣象臺預報員的綜合主觀預報結果與智能網格系統的多模式集成結果進行對比分析，選取陜西省100個站點，預報要素為24 h一般性降水預報，起報時間為當日20時，評分方法采用TS評分。

從圖1可見，對于一般性降水來說，24 h多模式集成產品的TS評分基本上略高于預報員綜合主觀預報的TS評分。溫度預報的對比結果與降水類似(圖略)。數值模式預報的結果完全是由智能網格系統通過模擬降水的物理過程來計算和預報的，整個過程是不需要人工干預的。而預報員的預報結果是預報員利用實況觀測資料、數值預報的形勢場和降水格點預報、衛星云圖、雷達回波等所有可以利用的資料，根據自身的預報經驗判斷分析后，人工制作出的100個站的預報。從結果來看，就一般性降水而言智能網格系統比人工精確，只要對數值模式的建模和參數化過程不斷完善，隨著氣象觀測網不斷的加密和資料來源的不斷豐富，智能網格系統完全取代預報員的工作并非不可預見。

圖1 2017年1—6月陜西省氣象臺預報員綜合主觀與智能網格系統多模式集成24 h一般性降水預報TS評分

2 個案分析

2017年8月11—14日，西安及其周邊地區發生了一次分散性強對流天氣過程。8月14日06—08時，西安站出現了8.0 mm的降水，且最大雨強出現時段為06：30—07：30。由于部分低洼地段出現了積水，對交通造成了很大的壓力，加劇了早高峰的擁堵。對這個天氣過程的預報服務作一個簡單的分析。

圖2(圖略)是陜西現代氣象一體化智能網格預報平臺系統8月13日20時起報的未來12 h陜西省降水量預報圖，在模式給出的格點預報結果中，西安站沒有預報降水，也就是說模式沒有預報06—08時的降水。但是陜西省氣象臺的值班預報員在13日16時發布的起報時間為20時的12 h預報中提到“明天白天(預報時效08—20時)全省多云間晴天，關中南部局地和陜南東部局地有陣雨或雷陣雨(0～5 mm)。” 同時,當日21時發布12小時短時預報(預報時效21—09時)，預報了西安地區局地雷陣雨。雖然預報的精準度較低，但是在數值預報完全沒有考慮降水的情況下，預報員經過對各種觀測資料的綜合分析能夠預報出西安的陣雨和雷陣雨，這是智能網格系統至少在目前和未來的一段時間內無法做到的。

數值模式是按照一定的算法來模擬天氣過程，但是對于短臨預報范圍內的天氣過程，一般來說尺度小，突發性強，天氣的類型多。根據《陜西省天氣預報指標》的統計結果可以看出，從連陰雨等天氣尺度到突發性暴雨、冰雹、雷暴等中尺度甚至更小尺度的天氣學模型的分類可以看出，天氣學模型的種類呈現增長趨勢，中小尺度天氣過程呈現出更加多樣、復雜的機理，目前的數值模式研究還沒有實現多套算法來支持多種中小尺度天氣模擬,在極短的時間內將觀測密度不均勻的資料進行同化運算也需要計算能力的進一步發展。但是，一個有經驗的預報員卻有可能根據自己的綜合分析，在幾分鐘內分析并判斷出災害性天氣發生的可能性，這就是未來預報員在這個行業中的價值和意義。

3 結語

從以上的分析可知，在現在及未來一段時期內，隨著計算機計算能力的不斷提升，氣象預報的智能化水平將不斷提高，在其發展的過程中，預報員的職能將相應有所轉變，對預報員的管理評價也應做出相應的調整。

(1)在智能預報體系中，要轉變預報員的職能，首先要從常規預報的思維模式轉變為災害性天氣精細化訂正預報模式，隨著精細化預報的發展，預報站點的增多，常規預報將由智能預報系統完成，預報員的預報職能將是快速訂正短臨預警和高影響天氣預報。

(2)預報員的另一項重要職能將是利用智能平臺，對氣象預報預警產品和氣象災害觀測數據的快速分析和正確翻譯解讀，為政府決策者推送有針對性的氣象信息，為應急管理組織提供技術支持，為城市防災減災服務。

(3)預報員的管理評價體系也應相應轉變，從過去的常規氣象要素準確率評分，轉變為對高影響天氣訂正技巧的評分，同時要定量評價預報員對各種資料和產品的綜合應用能力，對天氣氣候理論知識的掌握水平，對預報產品的分析解讀能力，從促進預報技術水平發展和提高的角度來培養評價預報員。

隨著智能預報的進一步發展，預報員的價值將體現在高效利用智能氣象預報平臺來提高預報準確率與服務針對性，深入研究災害性天氣的機理，總結預報經驗，改進數值預報模型的算法，為提高人工智能的效果提出建議和方法，成為智能網格系統的主人。

參考文獻：

[1] 孫文海.“智慧氣象”內涵及特征分析[J].中國信息化，2014(1):80-91.

[2] 齊軍岐,李社宏,陳力.陜西智慧氣象建設行動框架探討[J].陜西氣象,2015(6):50-52.