精细化预报产品智能解读算法初探

陈聪，陈慧，李晓娜，林江，陈玥熤

（1.广东省气象公共服务中心，广东广州 510080；2.肇庆市气象局，广东肇庆 526020）

随着互联网和新媒体的发展，气象服务在网站、微博、微信等渠道的广泛开展［1-3］，根据CNNIC发布的中国互联网络发展状况统计报告，截至2020年6月，中国手机网民达到9.32亿，占网民的比例为99.2%［4］，表明基于移动互联网端的气象服务占据着重要地位。当下移动互联网端天气预报服务多是用天气图标和数字展示，对天气变化重点不够突出，使得部分公众尤其老年人理解天气影响存在一定困难；而专业的天气报告对天气的描述过于繁琐，不够简洁，用户需要的是无需过多思考便能掌握天气及其影响。

当前，关于气象生活指数的研究应用较多［5-7］，而将气象预报转化为服务提醒规则类的研究相对较少，石伟伟等［8］设计了基于综合气象分析的出行提醒规则。社会天气服务App存在类似的服务产品，懒人天气首页显示“今日高温”；天气主题明确，墨迹天气界面点击卡通形象也提供天气提醒服务。所以探索符合广东地区特点的天气智能解读产品算法具有一定的实际意义。本研究主要介绍基于精细化预报产品的智能解读产品的初步算法和实践应用。

1 数据和算法

采用的精细化预报产品是广东省陆地格点预报订正产品，是基于经纬度的网格预报产品，精度为0.05°。使用的数据有逐小时地面温度、风速、降水量、湿度预报。

公众的日常生活与天气密切相关，智能解读产品是根据日常气象服务总结出面向冷空气、台风、降雨、高温等天气过程的要点提醒，包括未来的天气和应对措施。天气过程优先顺序依据天气的危害程度和对用户的影响程度。

在10大自然灾害中（不含干旱和农业灾害），造成死亡人数最多的是热带气旋，热带气旋也是气象灾害中破坏力最大的天气系统［9］，所以将台风的风雨提醒摆在首位。

每年4—9月是广东降水量集中的时期，雨天对公众出行有很大影响，而暴雨可以造成山体滑坡、内涝等灾害［10］。冷空气影响广东的时间一般在9月下旬到次年6月，冷空气会带来降温、大风天气和低温等灾害，影响人们的生产生活。因此，降雨过程的降水提醒和冷空气过程的降温提醒居于台风过程提醒之后，其中汛期以降水提醒优先，非汛期以冷空气影响即降温提醒优先。

干燥和潮湿天气对人们的生活影响相对较小，所以将湿度要素提醒放在最后。在时间维度上由近及远，优先解读今天的天气，其次是明天。

2 典型天气的算法规则

2.1 面向冷空气等过程

将冷空气带来的降温根据降幅分为3个级别，阈值选择时，首先参考气象服务天气短信内容；其次参照冷空气强度，包括弱冷空气是日平均气温在冷空气到达后下降＜4℃；强冷空气部分定义是日平均气温在冷空气到达后1 d内下降6.0～7.9℃；寒潮部分定义是冷空气达到1 d内急剧下降8℃以上；最后从服务角度考虑，选择降温阈值4、6、8℃，不同的级别通过用词语程度区分表达出降温强弱程度，详见表1。广东夏季长，天气炎热时降温体感不明显，设置温度基准线，14：00（北京时，下同）气温在低于20、27℃时做出不同程度降温提醒。优化因为晴空辐射、雷雨天气时出现的短时降温，排除空报。时间精度为早晨、上午、下午、傍晚、晚上、夜间。

表1 降温提醒算法

2.2 面向降雨过程

将降水提醒依据降雨程度分成3个级别，使用逐小时雨量预报产品，考虑预报的精准度和服务效果，以3 h雨量作为判断要素。参考降水强度划分等级中小到中雨、中到大雨、大雨到暴雨12 h标准，简单换算为3 h雨量标准，结合实际设定阈值为0.4～2.475、2.475～5.725、＞5.725 mm。广东的汛期降水事件以短历时为主，累积降水量上长历时降水量占比过半［11］，结合3 h降雨达到阈值的次数，通过用词语义程度区分表达出降雨强弱程度，详见表2。

表2 降雨提醒算法

2.3 面向台风过程

广东省是我国受热带气旋影响和登陆最多的省份。热带气旋带来的大风、大雨、风暴潮有很强的破坏性，在西北太平洋（包括南海海域），按照中心附近最大风速大小，把热带气旋分为6个等级。本研究将台风提醒依据平均风速大小分为3个级别，考虑台风的破坏力较大，阈值选为6、7、8级3个量级，通过用词语义程度区分表达出台风影响强弱，详见表3。

表3 台风提醒算法

2.4 面向高温、低温等过程

广东夏长冬短，高温天气对人体健康有影响，相关法律要求做好高温天气劳动者保护工作。参考广东高温预警信号，结合实际设定33、34、36、37℃共4个阈值。通过用词语义程度区分表达出高温程度，详见表4。另外，寒冷天气依据日常天气短信和实际体感将最低气温低于5、10℃以及最高温低于15℃作为不同等级判断阈值。实况气温变化对公众出行穿衣有直接的参考价值，增加了整点24 h变温实况提醒。广东回南天期间天气潮湿，而秋冬季节天气干燥，公众都非常关注，选择最低湿度作为判断要素做出提醒。

传统24节气与气象密切相关，传播度较高，提供适应广东地区的节气提醒可以提高服务内涵。例如小满节气：小满大满江河水满。另外，单调重复的提醒会产生审美疲劳，高温和降雨提醒采用多样性用语。例如：“天气炎热，饮食宜清淡，多吃蔬菜瓜果”、“户外活动遇雷雨时，尽快到安全场所躲避”等。

表4 高温、低温、湿度等提醒算法

3 生产流程和应用案例

生产流程首先是获取广东省陆地格点预报订正产品，再通过以上算法依次对广东各市县运算得出天气智能解读产品。通过json文件供数据引擎接口调用，最终在广东天气微信号缤纷微天气页面展示应用，如图1所示，采取多种提醒轮播的形式，一目了然。天气存在不确定性和复杂性，在自动运算的基础上建立人工订正平台，使产品应用达到闭环。

应用案例：1）台风过程的案例。2020年第2号台风“鹦鹉”于6月14日08：50以热带风暴级在阳江海陵岛登陆。13日晚天气解读产品珠海、深圳、佛山、江门、阳江、中山等提醒有风雨影响。珠海：今夜有明显风雨，请注意安全。2）冷空气过程的案例。2020年12月29日寒潮入粤气温急降。29日天气解读产品全省均有提醒今天气温下降。广州：今天晚上气温下降，请适当添衣。3）高温、低温过程的案例。2020年6月29日全省天气炎热。29日天气解读产品全省均有提醒天气炎热。2020年2月15日寒潮携风雨袭粤，天气急转寒冷。15日天气解读产品全省均有提醒天气寒冷。4）降雨过程的案例。26到27日，广东将自西向东有大雨到暴雨局部大暴雨降水过程，27日天气解读产品全省大部有降雨提醒，其中韶关、佛山、肇庆、惠州、清远提醒有明显降雨。清远：今天本市雨势明显，请注意躲避。天气解读产品能够突出当下的天气重点。

4 讨论

随着社会的发展，公众对气象服务的要求越来越高。本研究重点介绍了面向冷空气、台风、降雨、高温、低温等天气过程，基于精细化预报产品的智能解读算法，其中包括判断要素、判断阈值及对应解读内容。通过Java程序自动运算生成智能解读产品，最终在广东天气微信公众号缤纷微天气中展示应用，给用户提供大风、降温、降水、炎热、寒冷等天气提醒文字服务产品。通过典型过程案例说明智能解读产品能够在天气过程中为公众提供简短易懂的气象服务产品。

天气解读是对日常天气服务总结智能化运用的尝试，是对智慧气象服务的探索。其中也存在一些不足之处，未来重点工作有以下几点。1）提高产品精度，建立未来3至7天基于格点的天气解读产品，增加多要素结合的融合提醒。2）加入反馈机制动态优化算法的判断阈值，使阈值达到最优区间。3）充分利用预报员制作的决策短信以及预警短信等高价值信息开展服务。同时，在机器学习方面寻找更优的神经网络等深度学习算法。