我國(guó)特大型城市氣象發(fā)展趨勢(shì)研究

文｜董事 楊東 陳云強(qiáng) 胡丹 楊軍 楊泓

一、引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展和城市生活水平的不斷提高，城市對(duì)氣象服務(wù)要求也越來(lái)越高。由于城市氣象服務(wù)需求的增長(zhǎng)，對(duì)城市氣象服務(wù)提出了更高的要求。近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)取得巨大進(jìn)步，為智慧城市建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，同時(shí)也為城市氣象服務(wù)帶來(lái)了新的需求與機(jī)遇。

城市氣象服務(wù)可以為市民交通出行、穿衣、旅游等日常生活提供指導(dǎo)，也可為城市管理提供決策參考，提高城市運(yùn)行效率。同時(shí)城市氣象服務(wù)也是城市防災(zāi)減災(zāi)的重要組成部分，可以為城市暴雨洪澇、城市熱害、霧害、風(fēng)災(zāi)、冰雨和雷擊等災(zāi)害提供預(yù)警。

我國(guó)多個(gè)城市已經(jīng)開(kāi)展了城市智慧氣象服務(wù)建設(shè)，并取得了良好效果。城市氣象服務(wù)如何更好地在城市建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，是氣象工作者的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。本文從科學(xué)技術(shù)發(fā)展角度與城市建設(shè)方向特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)城市氣象服務(wù)建設(shè)方向及趨勢(shì)進(jìn)行探究。

二、城市快速發(fā)展為城市氣象發(fā)展創(chuàng)造機(jī)遇

智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵是科技的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展為城市氣象數(shù)據(jù)的收集與快速傳輸提供了條件，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)為快速處理數(shù)據(jù)提供了支撐，人工智能技術(shù)為城市智能決策奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。多種技術(shù)的協(xié)同使用讓城市感知、信息傳導(dǎo)與處理、決策向智能化轉(zhuǎn)變提供支撐，同時(shí)也為智慧氣象發(fā)展提供了沃土。

（一）我國(guó)城市建設(shè)

“快”是當(dāng)前我國(guó)城市建設(shè)最真實(shí)的反映，主要體現(xiàn)在城市面積、城市人口、城市面貌。當(dāng)前城市建設(shè)主要問(wèn)題是城市建設(shè)設(shè)計(jì)過(guò)于傳統(tǒng)，城市建設(shè)缺乏科學(xué)的發(fā)展觀指導(dǎo)，城市基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善，重量不重質(zhì)，表現(xiàn)為城市建筑的堆砌與人口的盲目增長(zhǎng)。導(dǎo)致城市缺乏對(duì)城市災(zāi)害的應(yīng)對(duì)能力，容易遭受城市洪澇、城市熱島效應(yīng)等災(zāi)害影響。

建設(shè)生態(tài)綠色環(huán)保、智能的智慧城市是當(dāng)前我國(guó)城市建設(shè)的主要方向。生態(tài)綠色環(huán)保城市要求城市規(guī)劃科學(xué)合理、城市環(huán)境設(shè)施齊全、能夠自我經(jīng)濟(jì)循環(huán)、公共交通網(wǎng)絡(luò)暢通、具有清潔環(huán)保的能源體系、優(yōu)美的居住環(huán)境、軟硬兼具的技術(shù)能力。智慧城市是近幾年高頻詞匯，也是我國(guó)城市建設(shè)的主要目標(biāo)之一。智慧城市主要包含智慧感知、數(shù)據(jù)融合、入口融通、數(shù)據(jù)安全、決策智能。智慧感知是實(shí)現(xiàn)對(duì)城市各種數(shù)據(jù)的自動(dòng)指南采集，為決策智能提供基礎(chǔ)支撐。數(shù)據(jù)融合是打通政府?dāng)?shù)據(jù)與社會(huì)數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)城市治理強(qiáng)大合力。入口融通是利用當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)良好用戶規(guī)模及內(nèi)容應(yīng)用接入輔助更加智能化政務(wù)服務(wù)。數(shù)據(jù)安全為城市數(shù)據(jù)融合與融通提供保障，避免城市數(shù)據(jù)形成孤島。決策智能是智慧城市的最高體現(xiàn)，以智慧感知數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的自我管理、自我調(diào)控的決策智能城市。

（二）成都城市建設(shè)

成都力爭(zhēng)建設(shè)智慧韌性的安全城市，從重大安全風(fēng)險(xiǎn)防控和應(yīng)急處置體系著手，呵護(hù)城市安全，做強(qiáng)“城市大腦”、做細(xì)“神經(jīng)末梢”，構(gòu)建智慧城市治理體系，推動(dòng)城市管理智能便捷、災(zāi)害防治高效及時(shí)、安全防線牢固堅(jiān)韌、社會(huì)環(huán)境穩(wěn)定有序，實(shí)現(xiàn)智能感知就在身邊、安全網(wǎng)絡(luò)覆蓋全域、風(fēng)險(xiǎn)隱患遠(yuǎn)離市民，讓城市治理更加有序、更富活力、更可持續(xù)。

（三）特大城市氣象服務(wù)的需求

精準(zhǔn)、精細(xì)、迅速是氣象服務(wù)的基本要求。隨著智慧城市發(fā)展，除了精準(zhǔn)、精細(xì)、高速外，追求更加全面、智能的氣象服務(wù)，因此對(duì)城市氣象服務(wù)提出了更高的要求。

智慧信息獲取。豐富與高質(zhì)量的氣象數(shù)據(jù)是預(yù)報(bào)精準(zhǔn)的前提。智能氣象數(shù)據(jù)探測(cè)與更加豐富氣象要素是必然。智慧信息獲取實(shí)現(xiàn)常規(guī)氣象數(shù)據(jù)智能化外，還應(yīng)該能夠從眾多的信息中篩選出有用的信息，并進(jìn)行分析整合，然后為公眾提供自己的加工產(chǎn)品。

預(yù)警預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)智能化。將傳統(tǒng)氣象分析、天氣預(yù)報(bào)、當(dāng)前數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)合當(dāng)前新型技術(shù)手段，創(chuàng)建一套新型、智能、高分辨率精細(xì)化智能預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)氣象預(yù)報(bào)的智能預(yù)報(bào)、預(yù)警。

豐富的氣象服務(wù)。除了如降雨、溫度等基本氣象預(yù)報(bào)服務(wù)外，個(gè)性化、定制化氣象服務(wù)是氣象服務(wù)具有較大的市場(chǎng)發(fā)展空間。將智慧氣象服務(wù)嵌入到智能城市服務(wù)中，滿足個(gè)性化、專業(yè)化的氣象服務(wù)。創(chuàng)建需求相應(yīng)和自動(dòng)配合的智能服務(wù)，能給各類用戶提供較多的氣象服務(wù)信息。

三、我國(guó)城市氣象建設(shè)實(shí)踐與計(jì)劃

（一）我國(guó)城市氣象建設(shè)實(shí)踐

上海為加強(qiáng)預(yù)報(bào)預(yù)警工作，開(kāi)發(fā)了“軌道交通影響預(yù)報(bào)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警”系統(tǒng)。杭州在G20峰會(huì)期間，利用通過(guò)天氣網(wǎng)址與手機(jī)氣象APP進(jìn)行信息傳達(dá)。北京市氣象局使用新一代信息技術(shù)在大型活動(dòng)中進(jìn)行氣象保障。

鄂爾多斯市氣象局建設(shè)氣象大數(shù)據(jù)云信息平臺(tái)，建立時(shí)空精細(xì)化的氣象要素和災(zāi)害性天氣落區(qū)格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，開(kāi)發(fā)城市高影響天氣精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)，開(kāi)展城市內(nèi)澇精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)。深圳通過(guò)使用新型技術(shù)進(jìn)行氣象防災(zāi)減災(zāi)治理。天津市率先在全國(guó)開(kāi)啟了1×1km高時(shí)空分辨率智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)產(chǎn)品、構(gòu)建無(wú)人機(jī)自動(dòng)氣象探測(cè)系統(tǒng)、城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)預(yù)警推送服務(wù)。

上海市氣象局構(gòu)建以用戶數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的精準(zhǔn)決策預(yù)報(bào)系統(tǒng)。重慶通過(guò)新型技術(shù)挖掘潛藏與氣候資源背后的旅游、養(yǎng)生、生態(tài)產(chǎn)業(yè)等資源。

（二）成都市氣象建設(shè)實(shí)踐與計(jì)劃

成都市氣象局在氣象業(yè)務(wù)建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)文明建設(shè)、人影等方面做了許多實(shí)踐與計(jì)劃。

成都新建多個(gè)X波段雙偏振相控陣?yán)走_(dá)、城市冠層氣象觀測(cè)站、并采用了對(duì)流層風(fēng)廓線雷達(dá)、閃電定位儀、水上自動(dòng)氣象觀測(cè)站等技術(shù)提升氣象監(jiān)測(cè)精密度與精準(zhǔn)度，并預(yù)計(jì)在未來(lái)實(shí)現(xiàn)逐10分鐘滾動(dòng)更新、空間分辨率1公里、時(shí)間分辨率10分鐘的未來(lái)2小時(shí)的短臨定量降水預(yù)報(bào)，自動(dòng)生成精細(xì)到鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、街道）的預(yù)警信號(hào)客觀產(chǎn)品。計(jì)劃發(fā)展基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)按服務(wù)對(duì)象的個(gè)性化需求自動(dòng)推送分發(fā)功能，不斷提高預(yù)警信息、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等發(fā)布針對(duì)性、精細(xì)度，全面提升氣象預(yù)警信息、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)的覆蓋面。

為圓滿完成大運(yùn)會(huì)使用了機(jī)器學(xué)習(xí)、三維風(fēng)場(chǎng)反演、多源資料融合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)建立賽事強(qiáng)天氣短臨預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)逐6分鐘滾動(dòng)更新的未來(lái)0-2小時(shí)逐10分鐘1km×1km網(wǎng)格化精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)。實(shí)現(xiàn)成都全域開(kāi)展空間分辨率為1km×1km時(shí)間分辨率為1小時(shí)氣象要素格點(diǎn)預(yù)報(bào)。

四、氣象融入城市建設(shè)的方向和建議

（一）發(fā)展方向

數(shù)據(jù)探測(cè)的廣度與方式多樣化及應(yīng)用創(chuàng)新。數(shù)據(jù)是智慧城市運(yùn)行的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的廣度與深度直接決定了數(shù)據(jù)可挖掘的信息量。氣象數(shù)據(jù)探測(cè)除了傳統(tǒng)的氣象監(jiān)測(cè)站、氣象雷達(dá)等固定監(jiān)測(cè)外，可擴(kuò)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)手段。除傳統(tǒng)基本氣象數(shù)據(jù)外，可監(jiān)測(cè)更多潛在價(jià)值數(shù)據(jù)，甚至可進(jìn)行跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)收集然后進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

智能氣象服務(wù)是氣象事業(yè)的重要增長(zhǎng)極。智能收集氣象服務(wù)受眾的行為信息并分析處理，挖掘氣象服務(wù)受眾的氣象服務(wù)需求，拓展氣象服務(wù)市場(chǎng)。并服務(wù)受眾提供特色氣象服務(wù)。

氣象行政管理、體制改革創(chuàng)新發(fā)展。新時(shí)代需要新的思路，氣象行政管理與政府管理一樣，需要與時(shí)俱進(jìn)，讓位與科學(xué)。

多部門(mén)融合預(yù)報(bào)與防災(zāi)是必然趨勢(shì)。城市氣象防災(zāi)減災(zāi)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，單一的氣象防災(zāi)對(duì)城市的防災(zāi)減災(zāi)作用有限。多部門(mén)融合防災(zāi)減災(zāi)可使城市防災(zāi)減災(zāi)工作效果最大化。

（二）措施建議

感知智能是智慧氣象標(biāo)志之一。運(yùn)用新型科技成果對(duì)傳統(tǒng)氣象監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行省級(jí)改造，創(chuàng)新氣象監(jiān)測(cè)手段，靈活探測(cè)氣象數(shù)據(jù)?？沙浞掷贸鞘衅嚕徽九_(tái)，甚至民眾手機(jī)圖像結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)等手段進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)收集。實(shí)現(xiàn)氣象探測(cè)數(shù)據(jù)種類、來(lái)源、方式的多樣性和實(shí)時(shí)性。

城市氣象建設(shè)應(yīng)遵循因地制宜。不同地區(qū)、不同城市地形及建設(shè)水平差異化明顯。發(fā)展與本地地理位置及城市建設(shè)相匹配的特色智慧氣象服務(wù)，統(tǒng)籌利用部門(mén)和城市信息化資源搭建氣象混合大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，以可視化應(yīng)用需求為牽引，構(gòu)建全局監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)分析、智能預(yù)報(bào)、靶向服務(wù)的智慧氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行管理的“大腦”與“中樞”，促進(jìn)氣象業(yè)務(wù)管理和決策的科學(xué)化與智能化。

加強(qiáng)城市氣象災(zāi)害應(yīng)急建設(shè)多部門(mén)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。面對(duì)氣象災(zāi)害，氣象部門(mén)只能在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度與預(yù)報(bào)精細(xì)度上進(jìn)行提升。只是為氣象災(zāi)害來(lái)臨前爭(zhēng)取更加充分的準(zhǔn)備，如何減少氣象災(zāi)害帶來(lái)的損失是一個(gè)需要多部門(mén)聯(lián)合合作的系統(tǒng)性工程。

氣象預(yù)報(bào)能夠準(zhǔn)確準(zhǔn)時(shí)傳達(dá)是決定氣象防災(zāi)的關(guān)鍵。豐富氣象預(yù)報(bào)信息傳達(dá)方式與種類很有必要。除可通過(guò)電視、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)移動(dòng)終端外，可增設(shè)室外LED屏、地鐵廣告牌、公交站臺(tái)顯示屏等公共設(shè)施，在必要條件下甚至可直接與應(yīng)急管理系統(tǒng)相連。