氣象觀(guān)測是氣象工作的基礎，地面氣象觀(guān)測是其重要組成部分，為天氣預報、氣象信息、氣候分析、科學(xué)研究和氣象服務(wù)提供重要依據。4月1日，我國地面氣象觀(guān)測自動(dòng)化改革從全國試運行正式切換調整為業(yè)務(wù)運行，標志著(zhù)我國地面氣象觀(guān)測邁入全面自動(dòng)化時(shí)代，氣象觀(guān)測員成為歷史。

　　據國家氣象信息中心實(shí)時(shí)監控顯示，相比人工觀(guān)測，我國自動(dòng)化氣象觀(guān)測的觀(guān)測能力明顯增強。觀(guān)測頻次較人工觀(guān)測提高4至8倍，其中云觀(guān)測站點(diǎn)數約提高3倍，數據量較人工觀(guān)測約增加10倍，彌補了原有人工觀(guān)測數據的不足。同時(shí)，觀(guān)測數據傳輸用時(shí)由分鐘級提高至秒級，傳輸頻次從5分鐘提升至1分鐘，數據傳輸頻次與效率大幅增加，為實(shí)現“預報精準、服務(wù)精細”的要求提供了有力支撐。 

突破“云能天”三方面的關(guān)鍵技術(shù) 

　　中國氣象局有關(guān)負責人介紹，從人工觀(guān)測到自動(dòng)化觀(guān)測，需要攻克和推進(jìn)應用“云能天”三方面的關(guān)鍵技術(shù)。 

　　火燒烏云蓋，大雨來(lái)得快。云是懸浮在大氣中的小水滴、過(guò)冷水滴、冰晶或它們的混合物組成的可見(jiàn)聚合體；有時(shí)也包含一些較大的雨滴、冰粒和雪晶。對云的觀(guān)測包括云狀、云量、云高等項目，涉及三族十屬二十九類(lèi)云，較為復雜。2014年自動(dòng)化改革推進(jìn)時(shí)，云狀觀(guān)測項目已取消；今年4月1日，地面氣象觀(guān)測自動(dòng)化改革從全國試運行切換調整為正式業(yè)務(wù)運行，旨在進(jìn)一步實(shí)現云量、云高的自動(dòng)化觀(guān)測。 

　　“與一般的氣象要素觀(guān)測不同，云的觀(guān)測更為復雜?！敝袊鴼庀缶謿庀筇綔y中心高級工程師張?chǎng)握f(shuō)，基于對云的定義和理解相對主觀(guān)，在利用算法和聲光電等方式處理云的觀(guān)測信息時(shí)，顯得邊界比較模糊。他舉例，對于云高的人工觀(guān)測，通常采用目測方式，由觀(guān)測員根據云狀、云體結構、云塊大小、亮度、顏色、移速等，結合本地經(jīng)驗估測云高。而各種云都是在不斷演變的，高度不固定，所以人工觀(guān)測云時(shí)容易產(chǎn)生較大的主觀(guān)誤差。因此，面對同一片天空，通過(guò)觀(guān)測設備完成對云遮蔽天空視野成數的云量觀(guān)測和云底距測站垂直距離的云高觀(guān)測，結果將更為客觀(guān)。 

　　“能”即能見(jiàn)度，涉及白天觀(guān)測和夜間觀(guān)測。相較于人工觀(guān)測，能見(jiàn)度自動(dòng)觀(guān)測是連續、實(shí)時(shí)的，觀(guān)測的可比性和穩定性較好，觀(guān)測的精度和時(shí)間分辨率不斷提高，對于提升能見(jiàn)度預報的精細化水平持續發(fā)揮重要作用。如對于持續時(shí)間不長(cháng)的團霧，人工觀(guān)測可能無(wú)法準確捕捉能見(jiàn)度的變化情況，但逃不過(guò)自動(dòng)觀(guān)測儀器的“眼睛”。 

　　“天”即天氣現象，包括降水、地面凝結、雷電等，這些現象都是在一定的天氣條件下產(chǎn)生的。張?chǎng)谓榻B，天氣現象最早的觀(guān)測項目有34種，在2014年自動(dòng)化改革推進(jìn)過(guò)程中，基于項目本身的觀(guān)測內容與合并等需求去掉了十余種項目，目前共有21種。具體而言，例如露和霜等氣象要素信息較為相似，且對下墊面的氣象條件要求較高，其觀(guān)測自動(dòng)化進(jìn)展與現代科技進(jìn)步密不可分。 

　　中國氣象局氣象探測中心在2010年開(kāi)始進(jìn)行天氣現象自動(dòng)化觀(guān)測試驗，通過(guò)視頻實(shí)景等拍照片式的圖像識別方式，持續推進(jìn)天氣現象自動(dòng)化觀(guān)測。伴隨高精度攝像頭等技術(shù)的進(jìn)步，更高清晰度的圖片被成功獲取，從圖像采集到處理，再到大數據、深度學(xué)習、人工智能等更豐富的智能算法的應用，天氣現象得以被進(jìn)一步科學(xué)掌握。 

智能化將進(jìn)一步提升觀(guān)測數據的準確率 

　　地面氣象觀(guān)測自動(dòng)化的大幕已經(jīng)拉開(kāi)，但這僅僅是邁出的一步。在完成整體的自動(dòng)化切換后，地面氣象觀(guān)測下一個(gè)目標是什么？張?chǎng)谓榻B，自動(dòng)化觀(guān)測還有改進(jìn)的空間，將朝著(zhù)智能化發(fā)展，進(jìn)一步提升觀(guān)測數據的準確率。 

　　基于技術(shù)應用完善改進(jìn)：地面氣象觀(guān)測系統由硬件和軟件組成。硬件包括傳感器、采集器、綜合集成硬件控制器、通信接口、系統電源和業(yè)務(wù)終端等。雖然各種觀(guān)測項目已實(shí)現自動(dòng)化采集數據，但在觀(guān)測能力、觀(guān)測效率以及觀(guān)測方法和機制上仍然有提升空間。比如雪深觀(guān)測儀，雖實(shí)現了自動(dòng)化采集數據功能，但在復雜氣象條件下仍有改進(jìn)空間。根據國外的經(jīng)驗，雪深觀(guān)測儀是通過(guò)增加探頭來(lái)提升數據收集的準確率，在國內這樣的操作是否可行？研究人員需要驗證。把這些技術(shù)細化到每一個(gè)觀(guān)測儀器上，仍有很大的提升空間。同時(shí)，一些觀(guān)測方法和機制也可以改變，以適應觀(guān)測需要，提升觀(guān)測效率和數據準確率。技術(shù)人員還可以對傳感器、采集器等進(jìn)行進(jìn)一步研究，改進(jìn)和完善相關(guān)技術(shù)，讓硬件與軟件更匹配，使采集技術(shù)更成熟。 

　　基于業(yè)務(wù)流程優(yōu)化更新：自動(dòng)化觀(guān)測需要完成數據采集、質(zhì)量控制、數據傳輸、系統組網(wǎng)和遠程監控等流程。在自動(dòng)化業(yè)務(wù)運行過(guò)程中，每一個(gè)環(huán)節的傳輸效率除了通過(guò)技術(shù)提高外，還可以依靠?jì)?yōu)化業(yè)務(wù)運行流程來(lái)實(shí)現。觀(guān)測數據從臺站到省級信息中心，再到國家級信息中心，每一級的傳遞，在一定程度上會(huì )導致數據延遲。張?chǎng)翁岢鲈O想，如果將臺站數據同時(shí)傳給省級信息中心和國家級信息中心，傳輸效率就能提高，運行效率也會(huì )相應提高。針對單個(gè)觀(guān)測設備的數據采集，涉及的步驟和過(guò)程也可以再優(yōu)化，這也是自動(dòng)化切換后可以改進(jìn)的地方。 

　　發(fā)展“云+端”技術(shù)新模式：當基于自動(dòng)化的技術(shù)和業(yè)務(wù)流程逐漸成熟，下一步，自動(dòng)化觀(guān)測或將朝著(zhù)“云+端”技術(shù)新模式方向探索。地面自動(dòng)氣象觀(guān)測“云+端”技術(shù)，主要是建立地面自動(dòng)氣象觀(guān)測兩級架構新模式，發(fā)展觀(guān)測設備“端”數據采集和傳輸技術(shù)，統一設備級通信協(xié)議、數據格式、終端控制等技術(shù)標準，實(shí)現遠程互聯(lián)互通。發(fā)展地面觀(guān)測數據接收處理中心級的“云”技術(shù)，即利用大數據、云平臺、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段實(shí)現數據的遠程接收、設備控制和數據的融合加工處理技術(shù)。另一方面，我國在復雜條件下云天觀(guān)測所用到的綜合判識和圖像識別技術(shù)仍然不成熟。如果能在大數據、人工智能方向繼續深挖，賦予自動(dòng)化更多智能思考和運算，同樣也會(huì )降低數據差錯率。如果說(shuō)自動(dòng)化觀(guān)測主要解放了人力，提高了運行效率，那么智能化觀(guān)測的主要研究方向就是提高數據準確率。目前，自動(dòng)化觀(guān)測指標已經(jīng)達到合格線(xiàn)，形成自動(dòng)化、集約化、標準化的業(yè)務(wù)體系。而智能化的目標就是精益求精，進(jìn)一步提升觀(guān)測數據的準確率。

來(lái)源：《光明日報》