浅析智慧气象与防灾减灾平台的现状及未来发展趋势

孟美霖 李喜贺

摘要 基于气象云数据建设的智慧气象平台，在传统气象数据池等技术的基础上实现了气象预报服务智慧化，应用大数据分析技术推进了各行各业在气象数据方面的共享与融合。基于互联网的智慧气象服务平台，提高了气象信息预测的精确度，加快了信息传播速度，在农业的可持续发展和防灾减灾中扮演着重要的角色。针对智慧气象服务平台的实际应用展开了深入探讨，并指出了平台未来的发展方向，以供参考。

关键词 智慧气象；云数据；互联网；防灾减灾

中图分类号：P409 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）04–0122-03

1 智慧气象的发展历史

由极端天气而产生的自然灾害对人类生存环境的影响巨大，造成的经济损失难以估量。近年来，受全球气候变化的影响，极端天气发生的概率较以往大大提高。为了减少自然灾害对社会经济造成的损失，各国都积极将资源投入建设新型气候信息通知平台，并与计算机和网络技术紧紧结合，以提高天气分析能力和消息传播效率[1]。

通过引入目前发展势头正旺的人工智能与大数据分析等高新技术，相关专业人员在气象数据分析环节可以实现更为精确的气象预测，并利用平台普及性和便利性的特点，务农人员等都可以及时收到关于自然灾害或天气变化的信息，并及时采取相应的保护措施，尽可能减少自然灾害对农作物的伤害，提高农作物的总产量。

实际上，这种基于多种新兴技术交叉形成的平台需要各个部门协同工作，防止“木桶效应”的出现，即因为其中一项技术未能达标或有些部门未能将信息准确进行共享，造成最后成果不尽如人意。

目前，社会对气象信息的准确性、便捷性、多样性等的要求越来越高，正如2015年中国气象局所提出新时代智慧气象的要求，即实现观测智能化、报告精确化、服务开放化、管理科学化[2]。

2 智慧气象平台系统的技术特点

2.1 气象云数据收集精准、快捷

智慧气象平台使得多方能够共享气象数据，大幅度提高了气象数据的收集效率。从国家气象局获得相关数据，将各方数据进行比对与分析，不仅包括气象观测站、卫星和雷达监测得到的相对温度、降水量、风向风力、气压、能见度等数据，还包括地面气象观测单位测量的气压、湿度、降水、蒸发、降雪量、冻土状况等。通过对上述数据的综合分析，精细分析出现极端天气的可能性，为最终的天气预报提供精确的数据。

我国于20世纪90年代开始对地面气象观测自动化的研究，至2008年，已经分批次完成了中国气象局自动气象站的推广建设与应用[3]。并于2014年对全国气象观测业务进行了优化和调整，拉开了地面气象观测智能化改革的序幕。

近年来，完善公共气象服务数据和信息收集系统是各气象部门的主要发展方向之一。将气象数据收集、预报预测等重要环节实现透明化、共享化，将收集的数据和分析结果统一上传至公共气象服务数据库，并经过后续处理，将数据以彩色云图等图像形式整合到平台，从而实现民政、农业、卫生、统计测绘等部门在气象资料收集与分析方面的合作与共享[4]。

当下，智慧气象系统有稳定而高效的数据采集与检测的系统，如MAS短信技术。通过此系统，可以在分析可能出现极端天气的情况下，将数据迅速发送至气象局，定向发送气象预测信息，提高气象分析的效率；数据处理模式，

如GRAPES网格、EC网格、CUACE等，用以储存预报数据；利用卫星和雷达，收集包括地面和高空的实况气象数据，并以可将光、红外、近红外的方式生成气象数据云图；针对临时气象预报数据，利用雷达的闪电定位功能，将短时间内的气象数据以填图的方式展现。

目前，广泛使用的气象数据共享与分析环节主要包括以下3点：

数据加密与上传质量的保证：在数据上传的过程中设置特定的控制代码，使得数据在上传过程中能够完整地进行从元数据到处理后数据文件的入库分类。

数据解码处理：根据数据的分类采取相应的解码策略，如BUFR、TAC和自定义格式的解码。

预分析与处理：为防止个别气象观测点因设备或其他意外而导致收集的數据出现错误，致使后续工作出现“蝴蝶效应”，需要对实时上传的数据进行预分析，如某地区气温、降水量的极值；新数据与原数据库中的对比检查；不同相邻时间段内的波动连续性。

2.2 具有气象数据比对及预警功能

智慧气象平台需要实现区域化精细气象分析与预报，建立与气象云数据库实现对接并具有自我气象分析功能的数学模型，实时监控气象监控区域内的气候数据。

其中，针对气象分析与预报的分析模型包括利用气温日变化曲线拟合法、空气中水汽含量守恒法等一系列数值预报方法，计算气象随时间变化的函数值[5]。例如，温度时间内插法的应用就大大减少了计算气温变化曲线中所需插值的数量，加快了数据异常情况下的反应速度。

数据比对的目的是利用最新录入的数据与历史数据进行比较，利用智慧气象平台的逻辑，分析当下气候的特征和变化规律是否符合历史数据库的特征值。其中，数据库中的数据需要运用气象学的学科理论和分析逻辑程序，按照实际案例、气象云图进行精细化预测。目前，对降水量、气温、气压、湿度等基本气象要素的分析都可以通过可视化交互平台呈现在显示设备上。

智慧气象平台的预警系统需要比较复杂的气象数据，结合当地区域的地形地貌，分析降水量、降雪量或其他数据未来在当地产生的情况，分析出现极端天气的可能性，例如高温造成的干旱、冬天极低温造成的冷害、森林火灾、泥石流等。在系统中，需要针对气象灾害的不同程度，划分风险等级，收集以往实际发生地质灾害和极端天气等现象的数据，评估各种灾害类型的危险性、易损性、可造成的危害程度和等级。

2.3 实现无线网络办公及数据共享管理

网络柔性化管理方式是现代企业新兴的管理方式，目的是实现智慧气象平台信息直通式传输，实现可视化、透明化的权限与设备管理。这样不仅提高了信息与数据传递的效率，还减少了烦琐的提交审核这一环节，使得数据传递更为流畅。办公平台的功能包括日常数据的收集、信息的整理、预警信号的通知以及文件审核等，将实际办公的各个环节相应地转移至移动网络平台。

实现以上功能主要依靠构建气象机构的网络办公环境，流程包括气象数据的采集、数据的客观检测、气象分析人员的主观分析与预报，到最后的信息生成与传播，方便各部门进行监控和管理，实现各个文件档案的审核与管理，细致到个人办公方面的全面优化。

数据共享平台需要当地智慧气象数据平台与下行服务人员的办公端实现数据对接，包括气象云数据库中收录并整理的关于不限于气象的水利、环境保护和农业资料等的信息，实现对信息分享环境的立体化，对多方来源和行业的数据进行深度分析，创造更多的价值。

智慧气象平台的多媒体交互画面互动，通过特定设备支持实时视频直播和图像的传输，利用开放的数据端口，在专业设计的画面UI上进行展示和输入。为适应不同平台，如微信、网站和手机应用，平台内部适应多种服务数据接口，实现真正的气象数据资源共享。

智慧气象平台的对接对象包括当地的应急指挥中心，在极端天气和自然灾害发生前，气象机构可以通过平台将预警信号迅速传递给当地的应急指挥中心，联合消防与部队进行灾前预处理，提高对自然灾害的应急保障能力。

3 智慧气象平台的使用意义

在过去十几年间，信息的媒介在政府的支持下，由数字网络至如今的智慧化，提出了包括农业、交通、制造等行业在内的各种智慧发展战略，而气象在其中体现得尤为重要。

智慧气象这一概念包括智能、快速而精确的气象数据获取，准确而详细的气象预报，实现人性化、全面化的气象服务，在部门管理制度上全力构建科学化、精细化的管理系统，整体以创新科技为核心动力，形成可持续发展的完整体系。

依靠物联网和移动网络进行大数据分析已经是气象观测部门实现智能数据收集与分析的重要途径之一。通过程序的自我学习功能，能够发掘与识别气象变化规律，同时可以识别出人们对气象服务的新需求。这种新型的数据收集与分析方式不僅能够减少工作人员的工作量，还能进一步提高工作质量。

通过运用成熟的无线网络，气象预报技术得到了长足的发展，大数据处理技术与数据发掘技术在先进的视觉UI的辅助下，在以往气象预报技术下实现了即插即用，将以往传统的气象分析和预报方式与如今的智慧气象结合起来，衍生出新的气象预报方式，将多方视角聚集在统一视觉展现方式下，使信息变得更加透明化、精确化。如今，智慧气象并不只是单一的独立学科，而是结合农业、林业、交通、土木等交叉辅助与发展的延展性和互补性专业。

4 智慧气象平台的使用现状和用户使用调查

在智慧气象平台建设初期，主要面向广大农户进行了先发推广。农户的抽样调查显示，大约85%的农户在移动平台关注并使用了智慧平台中的各种功能，包括会影响农作物生长的各种自然灾害预警。根据本地区大部分农作物的种植情况，有关部门派出科研人员帮助当地农民种植人参等本地特色农作物，在产量和质量上实现了进一步突破。

当下的任务是将智慧气象平台推广至更大范围，不再局限于农户，通过宣传，使人们感受到智慧气象平台网络化、数字化、智能化的特点，切实体会到智慧气象由智能感知实现精准的气象预报，以及便利的操作与贴心的服务所带来的益处。通过气象部门联合当地网络运营商，向人们询问对目前智慧气象的期许，总结如下。

第一，在防灾减灾方面，要提高对自然灾害和极端天气的预测准确度。由于近年来天气规律出现了变化，智慧气象平台系统对当地的气候变化没有及时地作出反应和警示，如今年降水量突增，致使部分群众的财产出现了不同程度的损失。气象部门也总结了教训，在未来将加强对气候变化规律的研究与判断，避免类似情况发生。

第二，完善智慧气象平台的服务，使之更加人性化，方便用户使用。虽然目前的移动平台，如手机、电脑已经得到了普及，但有大部分的大龄用户在使用智慧气象平台的小程序时，会因为本身功能的分类并不十分明确，并且受限于微信等程序的优化没有做到极致，使得用户在使用小程序时会遇到各种各样的问题。例如，需要指导农作物种植指导的功能隐藏在智慧平台中的次类顺序，在缺乏指导的情况下往往易被用户忽略。

虽然智慧平台目前的功能是根据大部分群众的需求提供的，但气象机构收到了大部分用户对平台增加功能的建议，除原先就有规划和建设的种植辅助功能外，还提出了对房屋规划、建造等一系列交叉学科的功能。这些功能需要与其他部门合作，得益于智慧气象平台和大数据分析的共享性等优势，使得这一切变为可能。

5 智慧气象平台的发展前景

5.1 加强智慧气象在农业保障中的作用

全国各地区均根据当地的农作物状况进行了独特的生态农业保障建设。例如，吉林省白山市抚松县的特色农作物为人参、蓝莓、黑木耳等[6]。其中，人参对生长条件的要求极为苛刻，因当地常发冻害而导致收成遭到极大的损害。近年来，通过智慧气象平台整合观测数据这一功能，县内联合科学研究所的高级工程师，利用平台内收集的近年来的观测数据进行自然灾害的研究，包括造成夏季高温热害、病虫害、冻害等的气象指标因素，联合政府机关和科研单位，围绕企业和农户，搭建了农作物种植端服务框架。目前，针对人参的气象研究已取得阶段性成功，利用实验部门对人参越冬时使用的新型地膜材料，提高人参产量增长率。实现农业的可持续发展是智慧气象所要发挥的主要作用。各地区政府在农业服务功能建设过程中，需要科研机构、企业和农户强强合作，完成防灾减灾和防控外来生物入侵等保护农业发展的重要任务，推进农业绿色、环保的可持续发展。

5.2 灵活运用“网络+气象”的服务

智慧气象平台的建设要以我国早期使用的气象数据池为基础，结合互联网技术，推进智慧气象平台的现代化和信息化发展，以适应对气象数据要求的复杂化。智慧气象系统对气象信息分析的精度提升，使得对复杂情况下的气象数据的收集、整理更加完善。在大数据化技术的支持下，气象数据信息的收集范围更广，且处理数据速度加快。这也是后续不同职能部门实现数据融合的重要基础。未来，要加强对互联网技术的应用，使气象分析机构能够得到来自农业、林业、水利、交通等部门的数据支持，使分析结果对实践更加具有指导意义，真正意义上实现各部门间的数据共享，推动智慧气象的发展。

5.3 完善并拓展智慧气象平台

在用户体验方面，在普通民用方面的智慧气象平台可以考虑以独立APP的方式呈现在用户群体视野。收集平台内用户的建议，在实现功能集成化、精简化的同时，提高公共服务水平，真正做到面向大众、服务大众。目前，已有部分地区先行开发了适用于农业的智慧气象APP，主要功能包括辅助农户进行耕种等农事的计划安排、各地区的自然灾害和极端天气预警等。适用于普通民众的版本需要完整记录日常降雨量、降水量、日照情况、温度及温差变化情况；适用于气象工作人员的决策版智慧气象平台，即在气象分析端方面，需要积极寻求专业人员的建议，多方参与，共同搭建气象信息共享平台。在操作界面，利用插值法，提高各种云图的分析频率，提高信息获取效率，加快预警分析的响应速度。此外，智慧气象平台还应联合各种媒体，通过各种媒介传播气象信息，做到及时响应，在最短时间内达到最佳的信息资源共享效果。

5.4 应用新技术发展智慧气象

随着现代数据处理途径的丰富化，以5G无线网络技术等作为基础的气象资料与数据的综合管理和采集系统也得到了初步应用，如广东省、河北省等当地气象部门与移动或联通合作，提出了“5G+智慧气象”的先行方案。通过此技术，气象部门大幅度提升气象观测频次、数据传输效率和精度，大大提高了我国气象观测精密化程度，贯彻了“精准预报、精确服务”这一要求。

未来，智慧气象应深度结合大数据挖掘技术、地理信息系统、集成UI界面的数据多媒体可视化技术、有线与无线网络技术，沿用原先可靠的B/S的数据池，集合云数据库作為底层功能上行化的支持，进行智慧气象平台的优化整合，完善原先零散化的数据管控制度，做好整体设计。

在防灾减灾方面，应根据外省针对智慧气象平台进行拓展优化的实际案例，采用有利于气象数据收集和传输的Scrapy网络爬虫技术、Spark卷积神经网络算法，使气象数据上传更加顺畅、准确、迅速。

参考文献

[1] 陶健红，王强，王宁，等.专业气象服务领域集约化问题探讨[J].管理观察，2016 （9）：19-22.

[2] 高淑新，薛庆江.气象信息服务在农业生产中的应用分析[J].科技与创新， 2014（17）：151，161.

[3] 何翠荣.“互联网+”下的智慧农业气象服务研究[J].江西农业，2018（18）：51-52.

[4] 何宇华，刘东华，张立杰，等.深圳气象信息化发展现状和展望[J].气象科技进展，2019，9（3）：108-111.

[5] 敬雨浩.人工智能与计算机技术在农业现代化中的应用[J].广东蚕业，2019，53 （9）：48-49.

[6] 薄万福，杨亚清.长白山地区蓝莓种植气象条件分析[J].现代农业科技，2020 （13）：77，81.

责任编辑：黄艳飞

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

作者简介 孟美霖（1999—），女，吉林白山人，助理工程师，主要从事气候预测研究。