氣象觀測系統助力新型智慧城市發展

文｜王建凱

中國氣象局綜合觀測司 王建凱

前言

約30%的交通事故由惡劣天氣導致；上海夏季日最高氣溫每升高1℃，日供電最大負荷增加約61 萬千瓦，中心城區用水增加約5.8 萬噸；北京的一次小雪可能會引起交通癱瘓……在新型智慧城市高速、高密度發展的今天，“蝴蝶效應”更加顯著，氣象觀測系統信息化需求更加迫切，本文詳細闡述了中國氣象局打造智慧城市氣象皮膚的戰略思路，全面解讀氣象觀測系統的理論基礎和實踐應用，深入剖析智能化氣象觀測與智慧城市運營管理的協同效應。

城市，是人類文明的結晶。

2019年，習近平總書記提出要求，中國氣象局要做好監測的精細化工作，為人民的幸福生活提供服務，城市氣象觀測系統為超過半數的人民生活服務，作為氣象工作的基礎，信息化系統化觀測能力，將助力新型智慧城市的發展。

70000多觀測站，92%公眾覆蓋率，氣象觀測系統在發展中變革

《國務院關于加快氣象事業發展的若干意見》指出，氣象觀測系統是國家重要的公共基礎設施，是氣象和地球相關學科業務與科研的重要基礎。經過70年的發展，我國已基本建成天基、空基、地基三位一體的綜合氣象觀測系統，實現了地面、高空、空間綜合觀測，在天氣預報、氣候預測、環境和自然災害監測預警中發揮了重要作用。中國綜合氣象觀測系統的整體實力在世界范圍內總體先進，部分領先。

目前，全國氣象觀測站總數超過了70000個，幾乎每個鄉鎮都有氣象觀測站（99.8%），在大型城市基本建成了高密度的城市氣象監測網絡，城市的氣象觀測站平均站間距約為7km，重點城市北京6km、上海5km，特大城市氣象災害探測雷達覆蓋率超過90%。

目前，綜合氣象觀測系統擁有衛星、天氣雷達、自動氣象站等40 余萬臺配套裝備。全國特大城市全部建成國家突發事件預警信息發布平臺，及時發布暴雨、雷電、高溫、強風等氣象災害的觀測信息，氣象預警信息公眾覆蓋率達到92%，基本建成多手段、高密度的城市氣象災害綜合監測網絡。

防災減災形勢嚴峻，更為精細化的氣象預測系統需求迫切

2014年，黨中央、國務院印發《國家新型城鎮化規劃(2014-2020年)》提出，“推進智慧城市建設”，國家發改委等八部門聯合印發《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》。2016年，國家“十三五”發展綱明確提出“建設智慧城市”，新型智慧城市上升為國家戰略。

近年來，城市快速發展、高度密集，導致城市氣象災害的突發性、極端性、不可預見性明顯加強。《國務院辦公廳關于印發國家綜合防災減災規劃（2016—2020年）的通知》指出，要推進國家重點城市群、重要經濟帶和災害高風險區域的防災減災救災能力建設。然而，城市運行對氣象條件高度敏感：約30%的交通事故由惡劣天氣導致。上海夏季日最高氣溫每升高1℃，日供電最大負荷增加約61 萬千瓦，中心城區用水增加約5.8 萬噸。北京的一次小雪可能會引起交通癱瘓……大型城市成為氣象災害高風險地區，防災減災的形勢非常嚴峻。

所以，新型智慧城市的安全、建設發展、智慧運行，需要更加精細化、有針對性的氣象觀測。

氣象皮膚+地空天一體化基礎網，構建氣象觀測系統

為應對上述城市信息化、自動化、智能運行管理以及精細化服務的更高要求，2018年，中國氣象局提出了“氣象觀測系統=基礎網+泛在感知網（氣象皮膚）”的發展思路，建設廣泛的感知網，城市的氣象皮膚與地空天一體化的基礎網，共同構成氣象觀測系統。

一個理想的新型智慧城市，具備三個特征，第一，需要打造一個實現智慧城市智慧化運行的城市大腦，暨智慧運營管理的市政平臺；第二，需要在基于市政平臺建立城市運營的保障機構；第三，是搭建信息化的城市基礎設施，尤其是在建筑管網、服務設施、智慧社區等應用場景中，滿足新型智慧城市的本質需求，利用先進的信息技術，實現城市的智慧化管理，運行和保障，而智能化運行可以具體表現為：智能交通、一網通辦便民服務、防災救災聯動、智慧社區管理、人流熱點監控、安全聯防聯控等。

氣象皮膚，支持并提供更為精細化的氣象服務

智慧城市氣象皮膚的概念，是針對上述新型智慧城市的智慧化運行管理、建設、發展的基礎設施，比如城市云、物聯網、智慧燈桿等，同時，加大力度布設小微型氣象環境儀器，收集社會觀測大數據，形成“泛在感知網（氣象皮膚）。

比如，在智慧社區里布設氣象傳感器，推進氣象大數據的收集和整理，形成廣泛的感知網，氣象皮膚與基礎網并行，形成智慧城市氣象觀測系統，觀測信息實時鏈接城市大腦、氣象業務系統。目前，杭州已經實現了氣象觀測信息的鏈接，能夠實時對交通、聯防等突發事件提供基礎的信息服務，為智慧社區，為人民的居住、民居生活提供更精細化的服務。

2018年，中國氣象局圍繞著國家的戰略，謀劃智慧城市的氣象觀測工作。2019年，中國氣象局在北京開展了智慧城市氣象觀測建設的試點。2020年，深圳、上海、杭州、天津市氣象局先行啟動“氣象皮膚”區域試點建設工作，期間與住房和城鄉建設部相關的職能司進行了氣象皮膚構建工作的深入溝通和緊密合作。

覆蓋無死角，多層次高維度的等效空間網絡布局

關于新型智慧城市的氣象皮膚，初步構想幾種布局的間隔，第一，是等效2×2km 網格，采用高配置設備，具備天空狀況、常規要素（溫壓濕風雨）觀測能力，成像精度滿足全天空拼圖、天臉識別的需要。

第二，在重點區域，采用等效1×1km、0.5×0.5km 網格，使用基本配置設備、智能傳感器。市區構成1×1km 間距網格，重要的人群聚集、交通密集區域構成0.5×0.5km 間距網格，特定場所單獨設立觸點，形成比較完整的氣象皮膚。

對于新型智慧城市的服務，氣象皮膚將輸出精細化的大氣和下墊面狀況，對接城市大腦，服務人民群眾的幸福生活，支持城市的運行保障和減災防災。