深圳气象信息化发展现状和展望

何宇华 刘东华 张立杰 毛夏

（深圳市气象局，深圳 518040）

0 引言

根据《国务院关于加快气象事业发展的若干意见》《全国气象发展“十三五”规划》《气象信息化发展规划2018—2022》《深圳市新型智慧城市建设总体方案》等总体部署的要求[1-3]，深圳市气象局坚持全面推进信息化建设，把信息化作为解决现实紧迫问题和发展难题的重要战略措施，力争到2020年建成体系完善、技术领先、应用服务便捷高效的气象现代化体系。

1 发展历程

深圳气象信息化的发展始于20世纪50年代气象资料的通信传输，经过近70年的发展，信息技术与气象业务逐步系统性规模化地深入结合，与信息技术发展大致经历的计算机化、网络化、数据库化为标志的几个发展阶段相对应，主要经历了以传统通信、计算机通信、网络通信、数据驱动业务创新等为代表的四个阶段（图1）[4]。

1.1 第一阶段：以传统的无线通信为代表

20世纪50年代，天气资料的接收方式主要是手抄无线莫尔斯电码，接收广播电台播发的天气情报。作为建国初期唯一的气象通信手段，无线莫尔斯电码短波通信的通报速率极低，每分钟只能抄收100多个或传递20组左右的电码。

20世纪70年代，无线电通信开始兴起，深圳气象先后开展了无线电传报和无线传真天气图接收业务，新的传输方式从手工操作过渡到机器操作，大大减轻了报务员的劳动强度，将传输速率提高了三倍以上。

20世纪80年代，深圳气象开始使用10W对讲机和25W甚高频电话，建立了甚高频电话辅助通信网，与邻近气象台站进行天气预报会商及灾害性天气联防。

1.2 第二阶段：以计算机信息通信为代表

20世纪80年代中后期，深圳气象先后引进IBM PC计算机和长城0520微机，进行PC机互联和远程点对点通信业务，标志着深圳气象进入计算机化阶段。随着电子信息技术的日益发展，气象业务系统逐步引入电子信息相关技术，气象数据通信自动化程度不断提高。20世纪80年代后期，深圳气象微机局域网络——Linkman建成，以1台ACRO-386微机为服务器，配备7台SUPER-PC/XT微机终端。

1.3 第三阶段：以网络化信息通信为代表

自20世纪90年代中期起，深圳市气象大力发展基础通信网络。1994年，深圳气象采用多路复用技术对广深气象通信系统进行改造，率先开通城际专线通信网络，报路速度提升到2.4 KB/s。

1995年，深圳气象计算机局域网改造升级为数据交换速率为100 M的快速以太网（同期共享网络交换速率仅为10 M），网上有70多台计算机，实现了家庭办公业务。

2004年起，深圳大运会筹备期间，深圳气象引进国内外先进系统，同时不断加快自身服务系统建设。在大运服务演练正式开始之前全面实现了“网罗泛华南区域实时数据、建立深港气象专线、开发临近预报决策支持平台、搭建智能气象信息服务体系、开展大城市精细化预报、积涝预报系统投入运用、发布空气质量预警、打造星罗密布的大运气象探测设施、建立多样的服务形式”九大显著成果，获得国际大体联主席乔治·基里安的高度评价。

经过多年发展，深圳气象逐步建成核心骨干三层交换网络、省市宽带网、信息发布专线网，并实现全网统一规范管理。同时对自动站等探测设施的通信手段进行了升级换代，从电话拨号升级为GSM无线通信网络，数据传输从1 h一次的龟速传输大踏步向分钟级的快速传输迈进，为城市防灾减灾赢得了宝贵的时间。

1.4 第四阶段：以数据驱动业务创新为代表

自2010年起，为形成精准化预报服务系统，深圳气象与国家超级计算深圳中心展开合作，依托国家超级计算深圳中心强悍的计算和存储能力等优势资源，引进集成了中国气象局的GRAPES和香港小涡旋数值预报（WHM）技术，自主开发了雷暴追踪HAPS数值预报模式，并联合国家超级计算深圳中心建成了“深圳气象云”服务平台。深圳气象通过大力发展关系型数据库相关技术，强化各种气象数据的集中处理和统一存储。

“十二五”期间，数据驱动气象预警预报业务发展初见成效，基于国家超级计算深圳中心强大的计算能力，通过对大数据的价值挖掘、平台分析，形成精准、科学的天气预测，服务于深圳乃至全国民众。深圳气象利用国家超级计算深圳中心开辟的10000核CPU资源开展气象预报，确保了计算效率和优先权，陆续推出了区域预报、台风预警路径预报、地质灾害以及积涝预警等创新服务，利用科技手段满足市民对气象服务高节奏、高频率、高定向的需求。超级计算机的应用使数值天气预报的时空分辨率及更新频率大大提升，模式运行由逐6 h加密到逐3 h，空间分辨率也将由4 km逐渐加密到1 km左右。

“十三五”期间，数据驱动气象服务发展大放光彩，形成了以气象数据服务为核心，以驱动业务服务协同创新发展为导向的新格局。目前已建成统一的气象数据应用平台，实现了数据集中管理、充分共享应用；打造出以大城市精细化预警预报、“深圳气象”两微一端等为代表的气象业务和服务品牌，影响力连续多年排名国内前列；整合基础设施、气象数据和业务应用等三类核心资源，建成基础资源虚拟化云平台，实现硬件设施集约化管理、高效利用；建立了监控信息管理标准规范，打通气象综合业务监控流程，实现探测、信息业务集中监控、有机融合，有效提高了气象业务运行质量与效率。

2 建设成效

2.1 建成资源集约、应用协同的新业务模式

建成“两横一纵”的通信网络体系，纵连国、省、市三级气象部门，横联政府市、区两级部门，卫星通信赋予省级权限，本地探测网络秒级传输。初步建成专有云、政务云和公有云集约管理、协同应用的计算平台（图2），实现“我的都市天气”“深圳台风网”“深圳天气”“气象微视频”等7大类气象公共服务产品集约化云上部署、云上提供服务；为全局观测、预报、服务等应用系统提供计算、海量数据存储支持（图3）；支撑深圳市气象局逐步形成了“云+端”业务模式新格局。发展并行计算技术，推动数值预报技术革新。

图2 科学计算能力发展情况 Fig. 2 Increase of computing capacity

图3 存储能力增长情况 Fig. 3 Increase of storage capacity

2.2 云计算赋能网格化、智能化的气象预警预报体系

基于深圳气象信息基础的发展，实施台风暴雨监测预报质量提升行动计划，晴雨预报准确率同比提高5%，暴雨预警准确率提高到80%，在分区预警高精度要求下准确率与全省市级预警相当，强对流预警提前量达45 min，较全国平均多8 min。研发人工智能短时融合预报，临近预报准确率提高5%，雷雨大风、冰雹等早期识别准确率提高到70%。形成含30万组数据的雷达数据集用于吸纳社会力量改进算法。

2.3“互联网+”助力精细实时、按需而动的气象信息服务体系构建

基于深圳气象信息基础的发展，打造“深圳天气”品牌整合微博、微信、客户端、抖音等，获评广东省十佳影响力政务微信、全国气象微博影响力第一名。台风山竹期间，融媒体矩阵服务量超过10亿人次，创下新纪录。全年电视电台播出1502档节目，收视率位列前三。推出智慧气象天文宣教平台，落实市科协和儿童友好城市科普教育任务，服务市民超500万人次。实现预警发布快速精细，100分钟内向2000万市民及来深漫游用户发布高级别预警短信，全年累计发布全网预警短信覆盖5.23亿人次，国内率先向预设重点风险区提供精准灾害风险提示和自动触发预警提示。

2.4 基于信息化手段建立主动防御、统管共治的网络信息安全体系

建立了各部门职责明确、整体协作、共同治理的网络安全责任体系。完善了涵盖管理制度、操作规程、应急预案共10个内部安全管理制度体系。构建了健全的网络安全技术体系，形成“一个中心，三重防护”的安全架构体系，从通信网络到区域边界再到计算环境进行重重防护，通过安全管理中心进行集中监控、调度和管理；定期举行网络安全应急演练，积极探索利用社会资源提升网络安全监测预警和风险防控能力。

2.5 打造出一支技术专业、经验丰富的人才队伍

逐步建成有利于人才成长和发挥作用的激励、评价、培养等机制，不断优化队伍布局和结构，通过建立信息化领导小组，引入技术总体单位、实施单位和运维单位的专业团队，引进专业技术人才，填补人才缺口。通过一系列信息化重点工程实战和信息化技术企业开展相关培训，提高了队伍综合实力和创新能力，形成了一支专业化的技术队伍。

3 面临形势和未来展望

随着气象现代化发展的要求和深圳新型智慧城市建设的深入，对深圳气象信息化发展提出了更高的要求，智能化成为新的发展特点。“智能观测”要求充分利用信息新技术实现全面感知、快速收集环境数据，夯实数据基础。“智能预报”要求充分利用信息新技术及时整合信息资源，实现高质量、高时效、针对性的有效数据供给，以及高并发、高效率、高扩展的智能平台支撑。

当今世界，以云计算、大数据、移动互联、物联网等技术为代表的现代信息技术方兴未艾，深度学习、人工智能等技术蓬勃兴起，为气象信息化的发展带来全新技术手段和思路[5-6]。同时，随着深圳新型智慧城市建设的深入推进，城市信息化水平不断提升，气象信息化推动智慧城市发展，智慧城市反哺气象信息化发展将变成一个新的趋势，深圳气象信息化将进入一个新阶段，呈现出业务一体化、架构“云+端”、服务智能化、数据驱动型、安全感知化的新特点。为此需要开展以下几个方面的工作：

3.1 强化顶层设计，实现一张蓝图统筹管理

在深圳新型智慧城市一体化建设的整体布局下，深圳气象局将强化气象信息化一体化顶层设计，优化关键业务流程，整合气象业务系统，从系统功能、业务架构、技术架构、数据架构等方面确定信息化的总体架构和标准，逐步构建资源高效利用、数据充分共享、流程高度集约的气象信息化新格局，驱动气象业务转型升级和业务技术体制变革，为全面推进气象现代化提供强大支撑。

3.2 深化“云+端”模式，实现一体高效运行

在充分利用国省云上资源的基础上，构建气象集约共享、弹性动态、高效可靠的气象基础设施“政务+专有+公共”混合云平台，率先在省内实现气象业务“云+端”运行模式，为提升深圳的气象服务能力和防灾减灾水平提供强有力的信息化基础支撑。未来深圳气象局内部业务系统将全面迁移到公共应急平台（应急云），打破原有某些僵化的烟囱式的IT架构，逐步变为灵活、可伸缩、可度量、按需供应的新架构。

3.3 推动人工智能在气象服务中的应用，实现一屏智能服务

利用气象相关的图像、视频、数字化产品等多源大数据，发展灾害性天气的智能识别与预警能力。基于数值预报产品和实时历史数据集，利用人工智能与大数据等新技术，提升天气预报预警能力。开发气象实况、天气预报、气候预测、灾害性天气预报等与地理信息、社会信息等相融合的，并使用增强现实（augmented reality，AR）和虚拟现实（virtual reality，VR）进行模拟和渲染的气象服务产品，使气象服务更加普及深入，服务效果更加出色、精彩和有效。

3.4 利用大数据思维管理气象数据资源，实现一数全面应用

围绕深圳气象局大数据平台，构建集约、高效的数据处理流程，形成统一的数据访问标准接口，规范数据访问、存储，建设数据全流程、全生命周期管理。围绕智慧城市便民服务系统和三防、交通、公安等治理系统的需求，推动城市其他行业领域共享气象数据，形成基于气象数据的跨领域新的融合服务，为智慧城市增加新的亮点。

3.5 打造全面的信息安全态势感知体系，实现一盾安全管控

完善气象信息网络安全相关技术和管理标准规范，形成对网络设备、服务器系统、气象业务应用系统等海量访问、应用日志数据进行分析研判，以安全大数据为基础，从全局视角提升对安全威胁的发现识别、理解分析、响应处置能力；构建事前预知预警、事中主动防御、事后监测、追踪的安全态势感知体系，建立独特的安全可视化窗口，提升全过程的安全感知能力。

4 结语

气象信息化是实现现代化气象强国的重要保障，深圳气象始终坚持创新驱动发展战略，在新时代将深入推动互联网、云计算、大数据、人工智能等新技术在气象业务的应用，推进气象数据资源开放共享，构建统筹集约、协同高效、开放共享、安全可靠、规范有序的气象信息化体系，助力气象信息跨界融合创新，打造“气象+智慧城市”的新模式，实现“一体高效运行、一屏智能服务、一数全面应用、一盾安全管控”的四个一目标，更精细、更精准地为社会提供气象服务。