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不知您發(fā)現(xiàn)沒有，如今的天氣預報越來越精準了。摸透老天爺?shù)摹氨┢狻?，先得觀察清楚老天爺?shù)牧曅?，其中最基礎的手段便是觀測。不久前，我國地面氣象觀測實現(xiàn)自動化的消息被人們廣泛關注。
那么，是什么催生了自動化氣象觀測？地面氣象觀測自動化是否會產生更優(yōu)的數(shù)據(jù)？又將給公眾帶來什么呢？
自動化觀測取代人工觀測
地面氣象觀測是綜合氣象觀測中歷史最早、開展最普遍、發(fā)展最為成熟的一類觀測工作，在氣象防災減災、應對氣候變化和生態(tài)文明建設中占有重要地位。
新中國成立初期，全國有101個氣象臺站，尚構不成合格的全國氣象監(jiān)測網。觀測員們需要利用玻璃溫度表、水銀氣壓計、雨量筒、風速計和目測等開展人工觀測，并通過編發(fā)報傳輸觀測信息。
地面氣象觀測作為最基本的觀測業(yè)務，要求全球所有的地面氣象觀測站在同一時間，按照統(tǒng)一的技術要求，實施同樣的觀測項目，并按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，提供全球交換的基本氣象要素直接觀測資料。
這其中，人工觀測涉及氣溫、氣壓、濕度、風向、風速、降水、云、能見度、天氣現(xiàn)象等氣象要素及其變化過程，同時還需開展系統(tǒng)連續(xù)的觀察測定、數(shù)據(jù)收集及處理工作。這些不同類別的氣象觀測信息都得準確記錄在觀測記錄簿上。
從1982年開始，地面觀測業(yè)務采用PC-1500袖珍計算機，觀測資料的計算、統(tǒng)計、編報實現(xiàn)了自動化。
從20世紀90年代開始，我國地面氣象觀測自動化開始發(fā)力，氣溫、濕度、氣壓和雨量等氣象要素逐步實現(xiàn)自動觀測。1999年至2008年，中國氣象局分批次完成了自動氣象站推廣建設和應用。2014年，中國氣象局對全國地面氣象觀測業(yè)務的調整，拉開了地面氣象觀測自動化改革的大幕。
近年來，能見度儀、云高云量觀測儀、天氣現(xiàn)象儀器、自動日照計、固態(tài)降水觀測儀等自動化觀測設備陸續(xù)亮相，逐步取代人工觀測任務。涉及地面觀測等內涵的智慧氣象概念從醞釀到提出，逐漸豐富，已經轉化為實際應用。
如今，我國有國家級地面氣象觀測站2423個，區(qū)域觀測站超過6萬個。在國家級地面氣象觀測站里，一般都會有一個面積為25米×25米大小的觀測場，負責“捕捉”大氣環(huán)境中多種多樣的氣象要素和現(xiàn)象。
地面氣象觀測自動化改革從局部探索正式切換調整為業(yè)務運行，意味著我國地面氣象觀測從人工觀測邁進全面自動化的新時代。氣象觀測員多年來使用的玻璃溫度表、水銀氣壓計等儀器將成為“文物”了。而通過配備自動觀測設備及應用衛(wèi)星遙感、多源數(shù)據(jù)自動綜合判識、智能圖像識別等技術手段，地面氣象自動化觀測的現(xiàn)實基礎已越來越牢靠。
自動化觀測較人工觀測更精密
在氣象學上，云是懸浮在大氣中的大量小水滴或冰晶微粒組成的可見聚合體。不同的云外形特征有所差異，有積狀云、層狀云和波狀云，這些云中又有不同種類的云。對云的觀測包括云狀、云量、云高等項目，涉及三族十屬二十九類云，較為復雜。
多年來，為了更為精準地觀測云，氣象觀測員多在能看到全部天空及地平線的開闊地點或平臺觀測云量、云高，且需關注連續(xù)演變情況。若是陽光強烈，觀測員需戴黑色眼鏡觀測，以避免太陽輻射產生視程障礙。目測云高，則需要根據(jù)云塊大小、亮度、顏色、移動速度等情況，結合當?shù)爻Ｒ娫聘叻秶罍y。在這個過程中，云是變化的，高度或增或減，人工觀測云時易出現(xiàn)主觀誤差。
面對同一片天空，通過自動化的觀測設備完成對云遮蔽天空視野成數(shù)的云量觀測和云底距測站垂直距離的云高觀測，結果將會更為客觀。
不止如此，對于能見度的觀測，相較于人工觀測，自動化能見度觀測是連續(xù)、實時的，觀測的可比性和穩(wěn)定性較好，觀測的精度和時間分辨率不斷提高，對于提升能見度預報的精細化水平將持續(xù)發(fā)揮重要作用。
對于高速公路上的流動“殺手”團霧，往往由于持續(xù)時間短、變化快，人工觀測可能無法準確捕捉能見度變化情況，但自動觀測儀容易察覺。這意味著團霧監(jiān)測空白地帶在減小，未來對局地團霧、近地面霧的監(jiān)測預警會更有效。
而在經歷一次次天氣現(xiàn)象自動化觀測試驗后，對于降水、地面凝結、雷電等天氣現(xiàn)象，借助高精度的攝像頭等儀器配備，可獲取高清晰度的視頻實景圖像，持續(xù)進行天氣現(xiàn)象自動化觀測。從天氣圖像采集到處理，再到大數(shù)據(jù)、深度學習、人工智能等更豐富的智能算法的應用，天氣現(xiàn)象資料將被更精密地觀測。
從人工觀測到自動化觀測，需要攻克和推進應用云、能見度和天氣現(xiàn)象三方面的關鍵技術。如今，這些關鍵技術已被突破，自動化觀測自然水到渠成。
據(jù)國家氣象信息中心實時監(jiān)控顯示，自動化氣象觀測頻次較人工觀測約提高4到8倍，其中云觀測站點數(shù)約提高3倍，數(shù)據(jù)量較人工觀測約增加10倍；觀測數(shù)據(jù)傳輸用時由分鐘級優(yōu)化至秒級，到報完整率達99%以上，傳輸頻次從5分鐘提升至1分鐘，數(shù)據(jù)傳輸頻次與效率大幅提高。地面氣象觀測頻次、傳輸效率和數(shù)據(jù)量方面的提升，增強了我國氣象觀測“監(jiān)測精密”能力。
自動化觀測發(fā)展空間廣闊
地面氣象觀測自動化與氣象預報服務有效銜接，自然會碰撞出更多的“火花”。高頻次、高數(shù)據(jù)傳輸效率和更豐富的氣象觀測數(shù)據(jù)，在國家級和省級兩級數(shù)據(jù)環(huán)境的實時落地，作為業(yè)務數(shù)據(jù)接入氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)平臺，將會在實況監(jiān)測、預報預警、智能網格實況融合分析等業(yè)務中得到普遍應用。這將更好地滿足氣象預報服務需求，為實現(xiàn)“預報精準、服務精細”的要求提供有力支撐，從而更好地保障服務防災減災救災等國家戰(zhàn)略實施。
對于氣象預報員而言，觀測數(shù)據(jù)十分重要。綜合利用各種觀測手段得來的數(shù)據(jù)，才能得出盡可能精準的預報結論?！鞍庀箢A報員在內的廣大用戶將能獲取到多要素、高精度、全天候的自動氣象觀測產品。我們能看到的不僅是用數(shù)字、文字表示的觀測結果，還有全國所有氣象臺站或關鍵地點的實景圖像、視頻，可幫助我們更直觀、連續(xù)地了解各地天氣實況。”國家級首席預報員葉成志說。
天氣預報的核心工具是數(shù)值天氣預報。如今的天氣預報技術已由單一天氣圖經驗預報轉變?yōu)橐詳?shù)值預報產品為基礎、多種觀測資料綜合應用的現(xiàn)代技術。而數(shù)值天氣預報是以氣象觀測資料為初值條件，通過巨型計算機進行數(shù)值計算，再用流體力學和熱力學方程組進行求解，進而預測未來的大氣運動狀態(tài)。
地面氣象觀測自動化還會為氣象觀測研究型業(yè)務的發(fā)展贏得空間。如一些地方推出智能氣象觀測手機軟件、智能氣象臺站系統(tǒng)建設，以及“天臉識別”等新型探測技術裝備，這也為推動觀測智能化發(fā)展提供了技術支持。
中國氣象局氣象探測中心高級工程師張鑫介紹，地面氣象觀測自動化還有改進的空間，下一步或將朝著“云+端”技術新模式方向探索。如果能在大數(shù)據(jù)、人工智能方向繼續(xù)深挖，賦予自動化更多智能思考和運算，同樣也會降低數(shù)據(jù)差錯率。
延伸閱讀
人工觀測仍將長期保留
長序列的氣象觀測是全人類共同的文化和科學遺產，蘊含著當?shù)鬲毺氐纳鷳B(tài)文化信息，為氣候變遷、生態(tài)變化留下了珍貴歷史數(shù)據(jù)。
徐家匯觀象臺從1872年開始，持續(xù)140余年的氣象觀測從未中斷；長春氣象站始于1908年的完整氣候資料，見證了生態(tài)文明的進步；營口氣象站曾借助風壓板人工判斷風速，氣象觀測的百年發(fā)展歷程烙刻著科學、技術和文明進步的印跡。這些至今仍堅持業(yè)務運行的氣象站，為人類保留了一份長期、高質量的氣候遺產。
對于各地臺站而言，雖然人工定時觀測和日常守班取消了，但是仍保留有人工應急觀測能力。這就意味著在應急或特別工作狀態(tài)下仍需按要求開展應急觀測、人工數(shù)據(jù)質控和編發(fā)重要天氣報等。此外，有少數(shù)幾個長期保留人工觀測業(yè)務的臺站，如長春國家基準氣候站等，仍繼續(xù)保留人工觀測項目，以保持觀測方法和觀測手段的延續(xù)性。
來源：北京日報
