淺析智慧氣象與防災減災平臺的現狀及未來發展趨勢

孟美霖 李喜賀

摘要 基于氣象云數據建設的智慧氣象平臺，在傳統氣象數據池等技術的基礎上實現了氣象預報服務智慧化，應用大數據分析技術推進了各行各業在氣象數據方面的共享與融合。基于互聯網的智慧氣象服務平臺，提高了氣象信息預測的精確度，加快了信息傳播速度，在農業的可持續發展和防災減災中扮演著重要的角色。針對智慧氣象服務平臺的實際應用展開了深入探討，并指出了平臺未來的發展方向，以供參考。

關鍵詞 智慧氣象；云數據；互聯網；防災減災

中圖分類號：P409 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）04–0122-03

1 智慧氣象的發展歷史

由極端天氣而產生的自然災害對人類生存環境的影響巨大，造成的經濟損失難以估量。近年來，受全球氣候變化的影響，極端天氣發生的概率較以往大大提高。為了減少自然災害對社會經濟造成的損失，各國都積極將資源投入建設新型氣候信息通知平臺，并與計算機和網絡技術緊緊結合，以提高天氣分析能力和消息傳播效率[1]。

通過引入目前發展勢頭正旺的人工智能與大數據分析等高新技術，相關專業人員在氣象數據分析環節可以實現更為精確的氣象預測，并利用平臺普及性和便利性的特點，務農人員等都可以及時收到關于自然災害或天氣變化的信息，并及時采取相應的保護措施，盡可能減少自然災害對農作物的傷害，提高農作物的總產量。

實際上，這種基于多種新興技術交叉形成的平臺需要各個部門協同工作，防止“木桶效應”的出現，即因為其中一項技術未能達標或有些部門未能將信息準確進行共享，造成最后成果不盡如人意。

目前，社會對氣象信息的準確性、便捷性、多樣性等的要求越來越高，正如2015年中國氣象局所提出新時代智慧氣象的要求，即實現觀測智能化、報告精確化、服務開放化、管理科學化[2]。

2 智慧氣象平臺系統的技術特點

2.1 氣象云數據收集精準、快捷

智慧氣象平臺使得多方能夠共享氣象數據，大幅度提高了氣象數據的收集效率。從國家氣象局獲得相關數據，將各方數據進行比對與分析，不僅包括氣象觀測站、衛星和雷達監測得到的相對溫度、降水量、風向風力、氣壓、能見度等數據，還包括地面氣象觀測單位測量的氣壓、濕度、降水、蒸發、降雪量、凍土狀況等。通過對上述數據的綜合分析，精細分析出現極端天氣的可能性，為最終的天氣預報提供精確的數據。

我國于20世紀90年代開始對地面氣象觀測自動化的研究，至2008年，已經分批次完成了中國氣象局自動氣象站的推廣建設與應用[3]。并于2014年對全國氣象觀測業務進行了優化和調整，拉開了地面氣象觀測智能化改革的序幕。

近年來，完善公共氣象服務數據和信息收集系統是各氣象部門的主要發展方向之一。將氣象數據收集、預報預測等重要環節實現透明化、共享化，將收集的數據和分析結果統一上傳至公共氣象服務數據庫，并經過后續處理，將數據以彩色云圖等圖像形式整合到平臺，從而實現民政、農業、衛生、統計測繪等部門在氣象資料收集與分析方面的合作與共享[4]。

當下，智慧氣象系統有穩定而高效的數據采集與檢測的系統，如MAS短信技術。通過此系統，可以在分析可能出現極端天氣的情況下，將數據迅速發送至氣象局，定向發送氣象預測信息，提高氣象分析的效率；數據處理模式，

如GRAPES網格、EC網格、CUACE等，用以儲存預報數據；利用衛星和雷達，收集包括地面和高空的實況氣象數據，并以可將光、紅外、近紅外的方式生成氣象數據云圖；針對臨時氣象預報數據，利用雷達的閃電定位功能，將短時間內的氣象數據以填圖的方式展現。

目前，廣泛使用的氣象數據共享與分析環節主要包括以下3點：

數據加密與上傳質量的保證：在數據上傳的過程中設置特定的控制代碼，使得數據在上傳過程中能夠完整地進行從元數據到處理后數據文件的入庫分類。

數據解碼處理：根據數據的分類采取相應的解碼策略，如BUFR、TAC和自定義格式的解碼。

預分析與處理：為防止個別氣象觀測點因設備或其他意外而導致收集的數據出現錯誤，致使后續工作出現“蝴蝶效應”，需要對實時上傳的數據進行預分析，如某地區氣溫、降水量的極值；新數據與原數據庫中的對比檢查；不同相鄰時間段內的波動連續性。

2.2 具有氣象數據比對及預警功能

智慧氣象平臺需要實現區域化精細氣象分析與預報，建立與氣象云數據庫實現對接并具有自我氣象分析功能的數學模型，實時監控氣象監控區域內的氣候數據。

其中，針對氣象分析與預報的分析模型包括利用氣溫日變化曲線擬合法、空氣中水汽含量守恒法等一系列數值預報方法，計算氣象隨時間變化的函數值[5]。例如，溫度時間內插法的應用就大大減少了計算氣溫變化曲線中所需插值的數量，加快了數據異常情況下的反應速度。

數據比對的目的是利用最新錄入的數據與歷史數據進行比較，利用智慧氣象平臺的邏輯，分析當下氣候的特征和變化規律是否符合歷史數據庫的特征值。其中，數據庫中的數據需要運用氣象學的學科理論和分析邏輯程序，按照實際案例、氣象云圖進行精細化預測。目前，對降水量、氣溫、氣壓、濕度等基本氣象要素的分析都可以通過可視化交互平臺呈現在顯示設備上。

智慧氣象平臺的預警系統需要比較復雜的氣象數據，結合當地區域的地形地貌，分析降水量、降雪量或其他數據未來在當地產生的情況，分析出現極端天氣的可能性，例如高溫造成的干旱、冬天極低溫造成的冷害、森林火災、泥石流等。在系統中，需要針對氣象災害的不同程度，劃分風險等級，收集以往實際發生地質災害和極端天氣等現象的數據，評估各種災害類型的危險性、易損性、可造成的危害程度和等級。

2.3 實現無線網絡辦公及數據共享管理

網絡柔性化管理方式是現代企業新興的管理方式，目的是實現智慧氣象平臺信息直通式傳輸，實現可視化、透明化的權限與設備管理。這樣不僅提高了信息與數據傳遞的效率，還減少了煩瑣的提交審核這一環節，使得數據傳遞更為流暢。辦公平臺的功能包括日常數據的收集、信息的整理、預警信號的通知以及文件審核等，將實際辦公的各個環節相應地轉移至移動網絡平臺。

實現以上功能主要依靠構建氣象機構的網絡辦公環境，流程包括氣象數據的采集、數據的客觀檢測、氣象分析人員的主觀分析與預報，到最后的信息生成與傳播，方便各部門進行監控和管理，實現各個文件檔案的審核與管理，細致到個人辦公方面的全面優化。

數據共享平臺需要當地智慧氣象數據平臺與下行服務人員的辦公端實現數據對接，包括氣象云數據庫中收錄并整理的關于不限于氣象的水利、環境保護和農業資料等的信息，實現對信息分享環境的立體化，對多方來源和行業的數據進行深度分析，創造更多的價值。

智慧氣象平臺的多媒體交互畫面互動，通過特定設備支持實時視頻直播和圖像的傳輸，利用開放的數據端口，在專業設計的畫面UI上進行展示和輸入。為適應不同平臺，如微信、網站和手機應用，平臺內部適應多種服務數據接口，實現真正的氣象數據資源共享。

智慧氣象平臺的對接對象包括當地的應急指揮中心，在極端天氣和自然災害發生前，氣象機構可以通過平臺將預警信號迅速傳遞給當地的應急指揮中心，聯合消防與部隊進行災前預處理，提高對自然災害的應急保障能力。

3 智慧氣象平臺的使用意義

在過去十幾年間，信息的媒介在政府的支持下，由數字網絡至如今的智慧化，提出了包括農業、交通、制造等行業在內的各種智慧發展戰略，而氣象在其中體現得尤為重要。

智慧氣象這一概念包括智能、快速而精確的氣象數據獲取，準確而詳細的氣象預報，實現人性化、全面化的氣象服務，在部門管理制度上全力構建科學化、精細化的管理系統，整體以創新科技為核心動力，形成可持續發展的完整體系。

依靠物聯網和移動網絡進行大數據分析已經是氣象觀測部門實現智能數據收集與分析的重要途徑之一。通過程序的自我學習功能，能夠發掘與識別氣象變化規律，同時可以識別出人們對氣象服務的新需求。這種新型的數據收集與分析方式不僅能夠減少工作人員的工作量，還能進一步提高工作質量。

通過運用成熟的無線網絡，氣象預報技術得到了長足的發展，大數據處理技術與數據發掘技術在先進的視覺UI的輔助下，在以往氣象預報技術下實現了即插即用，將以往傳統的氣象分析和預報方式與如今的智慧氣象結合起來，衍生出新的氣象預報方式，將多方視角聚集在統一視覺展現方式下，使信息變得更加透明化、精確化。如今，智慧氣象并不只是單一的獨立學科，而是結合農業、林業、交通、土木等交叉輔助與發展的延展性和互補性專業。

4 智慧氣象平臺的使用現狀和用戶使用調查

在智慧氣象平臺建設初期，主要面向廣大農戶進行了先發推廣。農戶的抽樣調查顯示，大約85%的農戶在移動平臺關注并使用了智慧平臺中的各種功能，包括會影響農作物生長的各種自然災害預警。根據本地區大部分農作物的種植情況，有關部門派出科研人員幫助當地農民種植人參等本地特色農作物，在產量和質量上實現了進一步突破。

當下的任務是將智慧氣象平臺推廣至更大范圍，不再局限于農戶，通過宣傳，使人們感受到智慧氣象平臺網絡化、數字化、智能化的特點，切實體會到智慧氣象由智能感知實現精準的氣象預報，以及便利的操作與貼心的服務所帶來的益處。通過氣象部門聯合當地網絡運營商，向人們詢問對目前智慧氣象的期許，總結如下。

第一，在防災減災方面，要提高對自然災害和極端天氣的預測準確度。由于近年來天氣規律出現了變化，智慧氣象平臺系統對當地的氣候變化沒有及時地作出反應和警示，如今年降水量突增，致使部分群眾的財產出現了不同程度的損失。氣象部門也總結了教訓，在未來將加強對氣候變化規律的研究與判斷，避免類似情況發生。

第二，完善智慧氣象平臺的服務，使之更加人性化，方便用戶使用。雖然目前的移動平臺，如手機、電腦已經得到了普及，但有大部分的大齡用戶在使用智慧氣象平臺的小程序時，會因為本身功能的分類并不十分明確，并且受限于微信等程序的優化沒有做到極致，使得用戶在使用小程序時會遇到各種各樣的問題。例如，需要指導農作物種植指導的功能隱藏在智慧平臺中的次類順序，在缺乏指導的情況下往往易被用戶忽略。

雖然智慧平臺目前的功能是根據大部分群眾的需求提供的，但氣象機構收到了大部分用戶對平臺增加功能的建議，除原先就有規劃和建設的種植輔助功能外，還提出了對房屋規劃、建造等一系列交叉學科的功能。這些功能需要與其他部門合作，得益于智慧氣象平臺和大數據分析的共享性等優勢，使得這一切變為可能。

5 智慧氣象平臺的發展前景

5.1 加強智慧氣象在農業保障中的作用

全國各地區均根據當地的農作物狀況進行了獨特的生態農業保障建設。例如，吉林省白山市撫松縣的特色農作物為人參、藍莓、黑木耳等[6]。其中，人參對生長條件的要求極為苛刻，因當地常發凍害而導致收成遭到極大的損害。近年來，通過智慧氣象平臺整合觀測數據這一功能，縣內聯合科學研究所的高級工程師，利用平臺內收集的近年來的觀測數據進行自然災害的研究，包括造成夏季高溫熱害、病蟲害、凍害等的氣象指標因素，聯合政府機關和科研單位，圍繞企業和農戶，搭建了農作物種植端服務框架。目前，針對人參的氣象研究已取得階段性成功，利用實驗部門對人參越冬時使用的新型地膜材料，提高人參產量增長率。實現農業的可持續發展是智慧氣象所要發揮的主要作用。各地區政府在農業服務功能建設過程中，需要科研機構、企業和農戶強強合作，完成防災減災和防控外來生物入侵等保護農業發展的重要任務，推進農業綠色、環保的可持續發展。

5.2 靈活運用“網絡+氣象”的服務

智慧氣象平臺的建設要以我國早期使用的氣象數據池為基礎，結合互聯網技術，推進智慧氣象平臺的現代化和信息化發展，以適應對氣象數據要求的復雜化。智慧氣象系統對氣象信息分析的精度提升，使得對復雜情況下的氣象數據的收集、整理更加完善。在大數據化技術的支持下，氣象數據信息的收集范圍更廣，且處理數據速度加快。這也是后續不同職能部門實現數據融合的重要基礎。未來，要加強對互聯網技術的應用，使氣象分析機構能夠得到來自農業、林業、水利、交通等部門的數據支持，使分析結果對實踐更加具有指導意義，真正意義上實現各部門間的數據共享，推動智慧氣象的發展。

5.3 完善并拓展智慧氣象平臺

在用戶體驗方面，在普通民用方面的智慧氣象平臺可以考慮以獨立APP的方式呈現在用戶群體視野。收集平臺內用戶的建議，在實現功能集成化、精簡化的同時，提高公共服務水平，真正做到面向大眾、服務大眾。目前，已有部分地區先行開發了適用于農業的智慧氣象APP，主要功能包括輔助農戶進行耕種等農事的計劃安排、各地區的自然災害和極端天氣預警等。適用于普通民眾的版本需要完整記錄日常降雨量、降水量、日照情況、溫度及溫差變化情況；適用于氣象工作人員的決策版智慧氣象平臺，即在氣象分析端方面，需要積極尋求專業人員的建議，多方參與，共同搭建氣象信息共享平臺。在操作界面，利用插值法，提高各種云圖的分析頻率，提高信息獲取效率，加快預警分析的響應速度。此外，智慧氣象平臺還應聯合各種媒體，通過各種媒介傳播氣象信息，做到及時響應，在最短時間內達到最佳的信息資源共享效果。

5.4 應用新技術發展智慧氣象

隨著現代數據處理途徑的豐富化，以5G無線網絡技術等作為基礎的氣象資料與數據的綜合管理和采集系統也得到了初步應用，如廣東省、河北省等當地氣象部門與移動或聯通合作，提出了“5G+智慧氣象”的先行方案。通過此技術，氣象部門大幅度提升氣象觀測頻次、數據傳輸效率和精度，大大提高了我國氣象觀測精密化程度，貫徹了“精準預報、精確服務”這一要求。

未來，智慧氣象應深度結合大數據挖掘技術、地理信息系統、集成UI界面的數據多媒體可視化技術、有線與無線網絡技術，沿用原先可靠的B/S的數據池，集合云數據庫作為底層功能上行化的支持，進行智慧氣象平臺的優化整合，完善原先零散化的數據管控制度，做好整體設計。

在防災減災方面，應根據外省針對智慧氣象平臺進行拓展優化的實際案例，采用有利于氣象數據收集和傳輸的Scrapy網絡爬蟲技術、Spark卷積神經網絡算法，使氣象數據上傳更加順暢、準確、迅速。

參考文獻

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[2] 高淑新，薛慶江.氣象信息服務在農業生產中的應用分析[J].科技與創新， 2014（17）：151，161.

[3] 何翠榮.“互聯網+”下的智慧農業氣象服務研究[J].江西農業，2018（18）：51-52.

[4] 何宇華，劉東華，張立杰，等.深圳氣象信息化發展現狀和展望[J].氣象科技進展，2019，9（3）：108-111.

[5] 敬雨浩.人工智能與計算機技術在農業現代化中的應用[J].廣東蠶業，2019，53 （9）：48-49.

[6] 薄萬福，楊亞清.長白山地區藍莓種植氣象條件分析[J].現代農業科技，2020 （13）：77，81.

責任編輯：黃艷飛

AbstractThe intelligent meteorological platform based on the construction of meteorological cloud data realizes the intelligent meteorological forecasting service on the basis of traditional meteorological data pool and other technologies， and promotes the sharing and integration of meteorological data in all walks of life by using big data analysis technology. The Internet-based intelligent meteorological service platform has improved the accuracy of meteorological information prediction and accelerated the speed of information dissemination， playing an important role in sustainable agricultural development and disaster prevention and reduction. The practical application of the smart weather service platform is discussed in depth， and the future development direction of the platform was proposed for reference.

Key words Smart weather; Cloud data; Internet; Disaster prevention and mitigation

作者簡介 孟美霖（1999—），女，吉林白山人，助理工程師，主要從事氣候預測研究。