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263天气（qì）预（yù）报和人工智能有着天然耦（ǒu）合（hé）的关系。天气预报需要大量的、多（duō）种（zhǒng）多样的资料，人工智能天生（shēng）就是处理大数据的工具；现有资料的时空（kōng）数据密度不（bú）够，人工智能具有对不（bú）完（wán）全不确定信息的推（tuī）断能力；此外人工智能还可以总结专家的知（zhī）识经验，提（tí）高平（píng）均预测水平以（yǐ）及利用统计与数值模式中无法利（lì）用的抽象预报知（zhī）识等。
更快速、更高效是天气预报不懈的追（zhuī）求。但随着观测卫星、雷达和传（chuán）感（gǎn）器网络持续不断地产生大量（liàng）数据，如何处理海量的、多种（zhǒng）多样的气象（xiàng）资料成为天气（qì）预（yù）报的一个挑战。而人工智能出色的大数据处理能力成为助力天气（qì）进一步精准预报的重要工具。
近日，我国南方多地持续多日的（de）暴雨天气导致（zhì）各（gè）地（dì）水位上涨，险情频（pín）发，部分地区不同程（chéng）度受灾。目前救援工作正在紧张（zhāng）有序（xù）进行中（zhōng），各式各（gè）样的“智（zhì）能+”手（shǒu）段（duàn）也正广泛运用到天气预测、抗（kàng）洪（hóng）抢险中，为高效调度决策提供科学依据（jù）。
那么，人工智能（néng）在极端天气预报、灾害预警及（jí）救援方面（miàn）有哪（nǎ）些具体应用呢？就相关（guān）问题（tí），记（jì）者近日采（cǎi）访（fǎng）了国家气象中（zhōng）心高（gāo）级工程师朱文剑。
应用（yòng）大幅提升 深度神经（jīng）网络使预报准（zhǔn）确率（lǜ）提高40%
2010年以来，随着新（xīn）一代（dài）信息（xī）技术（shù）引（yǐn）发的（de）信息环境与数据基础变革，海量图像、语音、文本等（děng）多模态数（shù）据不（bú）断涌现（xiàn），计算能力的大幅提升，使得人工（gōng）智能（néng）迎来爆发（fā）期（qī）。那么，目前在天气（qì）预报（bào）中，人工智（zhì）能究竟发挥了（le）哪（nǎ）些作用？
“最（zuì）近两（liǎng）三（sān）年，国（guó）外人工智能（néng）在天气预报领（lǐng）域的应（yīng）用大幅增长，并且呈现出（chū）由传统的机器学习向深（shēn）度学习发（fā）展（zhǎn）的趋势（shì）。”朱文剑（jiàn）表示。
目（mù）前，人工智能在天气预报（bào）领（lǐng）域的（de）应（yīng）用（yòng）包括观测数据质量控（kòng）制、数（shù）值模（mó）式资料同化、数值模式参（cān）数化、模式后处（chù）理、天气系（xì）统识别（bié）、灾害性天气（台（tái）风、强对流（liú）、雾霾等（děng））监测和临近预报、预（yù）报（bào）公文自动制作等（děng）方面。
朱文剑介绍说，相比传统机器学习方法（fǎ），深度（dù）学习在（zài）海（hǎi）量数（shù）据处（chù）理、图像识别与（yǔ）处理（lǐ）、非（fēi）线性时空预测方面具（jù）有较明显优（yōu）势。目前欧（ōu）洲中期天气预（yù）报中心已经将深度学习（xí）用于卫星观（guān）测资料的同化分（fèn）析。而在气（qì）象卫星资料应用方面，人工智能同（tóng）样（yàng）具有巨（jù）大前景，如用于卫（wèi）星观（guān）测（cè）图像修（xiū）复、基于卫星观测的天（tiān）气（qì）系统（tǒng）识别、时空降尺（chǐ）度、数据同化等。
“国内（nèi）气象行（háng）业对人工（gōng）智（zhì）能技术（shù）的关注度也正（zhèng）在快（kuài）速提高。”朱文剑表示，中央（yāng）气象台在定量降水融（róng）合预报、强对流（liú）天气分类潜势预（yù）报、台（tái）风（fēng）智（zhì）能检索（suǒ）、预报公文（wén）自动（dòng）制作等方面（miàn）采用了（le）人（rén）工智能技术，取得鼓舞人心的效果。例如，中央气（qì）象台和清华大学联合（hé）开发出的一种基于深度（dù）神经网络的雷达回波外推方法，该方法比之（zhī）前运用（yòng）传统（tǒng）方法进行回波预（yù）报的准确（què）率提高约40%。
凭借超强算力 灾害（hài）性（xìng）临近（jìn）预报（bào）预警结果超越（yuè）人类
“以前（qián）巡（xún）堤，要靠人（rén）到（dào）现（xiàn）场看，再通过口述、笔记记（jì）录反馈巡查情况，汛情研判效率较低。”近日，江西九江共（gòng）青城（chéng）市农业（yè）农村水利局标（biāo）准化项目部经理王嘉（jiā）龙说，如今系（xì）统自动记录管辖段水情变化，实时显示堤防（fáng）沿线视频监控画面，一旦发现异常（cháng），管理员即（jí）将画面配以文字描述及时上传，研判效（xiào）率（lǜ）大幅提高（gāo）。
“更高更（gèng）快更强（qiáng）”是天气（qì）预报不懈的追求，更（gèng）高分辨率、更快给出结果、更（gèng）准确的预测等追求考验着现代（dài）大气（qì）科学。“人工智能凭借其超（chāo）强（qiáng）的（de）计算能力和强大的（de）算（suàn）法，在（zài）某些方面的（de）能力已经远远超过了人类。”朱文剑（jiàn）指出。
比（bǐ）如，美国有一个关（guān）于雷暴生命史的实时预测模型做出的预报结（jié）果已明显优于人的主观经验，调查表明（míng）在该（gāi）项（xiàng）业务上（shàng），预报员在面临模棱（léng）两可的情况下，更愿意（yì）相信人工智能的预报结果。
朱文剑介绍说，国外已实现基（jī）于深度神（shén）经网络和（hé）气象卫星观测资料的数（shù）据（jù）同（tóng）化算法研发，在一定的准确率（lǜ）容忍范围（wéi）内，与传统方法（fǎ）相比，人工智能方法的（de）计算效率可（kě）大（dà）幅提高（gāo）。近年来，欧洲中期天气预报中（zhōng）心较为全面（miàn）地评（píng）估了（le）人工智能技术在天（tiān）气预报数值模（mó）式（shì）中各个（gè）技（jì）术环节（jiē）的应用潜力，对人工智能的应用给（gěi）出乐（lè）观的预期，并已在部分环节如物理过（guò）程参（cān）数化中开（kāi）展技术试验。
据介绍（shào），目前对于冰雹、短时强（qiáng）降水、雷（léi）暴大风等灾害（hài）性天（tiān）气的临近预报预警（6小（xiǎo）时（shí）以内），国外气象（xiàng）科学家基于人工智能（néng）技术，结合多（duō）种遥感观测和快速（sù）更新的数值模（mó）式预报资料，预报准确率已超过人类预报员，但这些（xiē）技术还处（chù）于研究或实验阶（jiē）段，尚未形成业务支撑能力。目前对于持续性暴（bào）雨、极端强度暴雨的预报则具有一定的难度（dù），不过，行业从业者（zhě）正在努（nǔ）力借助（zhù）包括人工智能技术在（zài）内的多种技术攻克这一难题。
据了解，人工（gōng）智能用（yòng）于观测数据质量控制（zhì），如用于气象雷达回波的质量控制（zhì），滤除地物等非气象回波，国（guó）内某些气象科技（jì）企业在这方面做了很多工（gōng）作；用于数值（zhí）模（mó）式产品（pǐn）后处理，可以提高（gāo）准（zhǔn）确率（lǜ）和产品的时（shí）空（kōng）分辨率，如中央气象台（tái）和清华大学（xué）合作研（yán）发（fā）的格点（diǎn）降（jiàng）水订正（zhèng）和（hé）超分辨率处理算法，可在（zài）保证（zhèng）准确（què）率的同（tóng）时，有着（zhe）更高的计算（suàn）效率（lǜ），并（bìng）能（néng）输出超高（gāo）分辨率的智能网格预报产品。
物联网技术（shù）加持 未来每个人都可能成为气（qì）象数据源
天气影（yǐng）响消费行为、交通物流，甚至决定体（tǐ）育竞赛的胜负，因此（cǐ）人们（men）需要精准的天气（qì）预（yù）报。那么，在灾害预警中，大数据如何分（fèn）析研（yán）判（pàn）做出决策，促使AI对于极端天气（qì）的预测更（gèng）为精准（zhǔn）呢？
朱文剑介（jiè）绍说（shuō），大数据有四大特性：数（shù）据体（tǐ）量大、数据类型繁多（duō）、处理速度快（kuài）和（hé）商业（yè）价值高。在灾害预警中可以充分（fèn）发挥其前3个特点，最（zuì）终实现其高价值。尤其是可以充分利用历史上长时序的多（duō）种（zhǒng）来源的资料，比如人口分布（bù）数据、历史上的气候（hòu）数（shù）据、地（dì）形数（shù）据、受灾数据、来自于气（qì）象、水文等多种观测来源的实（shí）况数（shù）据等构（gòu）建智能分析模型，再结（jié）合气象部（bù）门提供的实时高分辨率智能网格预报数据，利（lì）用智能分析（xī）模型（xíng）快速（sù）进行影响分析（xī），为（wéi）决策提供支（zhī）撑。
为了加（jiā）强台风、强对流、雾霾（mái）等灾害性天气的智能化监测和预报，各地气象监测（cè）部门均对于利用（yòng）人工智能进行精（jīng）准预（yù）报进行了探索。“如基于卷积神（shén）经（jīng）网络的（de）雨带订正技术（shù）以及卷积（jī）神经网络的（de）雾（wù）霾格点化预报技术（shù），中（zhōng）央气象台自主研发了冰雹、短时强（qiáng）降水、雷暴大风等分类强对流短时（shí）短期预报技术；上海市气象局研发（fā）的基（jī）于（yú）机器学习的无缝隙（xì）短时临近预报技术（shù）；深圳市气（qì）象局和香（xiāng）港天（tiān）文台合（hé）作研发的（de）雷达回波临近预（yù）报技术（shù）等。”朱（zhū）文（wén）剑（jiàn）说。
此外（wài），中央气象台与国（guó）内一些科研（yán）院所展开（kāi）合（hé）作：与北京（jīng）邮电大学（xué）联合研发的基于（yú）机器学习的台风定强技（jì）术，和清华大学合作研发的（de）基（jī）于深度学（xué）习（xí）的（de）雷达回波临近预报技术等。
目前（qián）气（qì）象单位通过卫星、雷达等设备监（jiān）测天气，而（ér）今后物联网技术或将引领天气预报进入一个全（quán）新（xīn）的（de）时代。朱文（wén）剑认为：“在物联网技术的帮助下，任何物品，包括手机、车（chē）辆、雨（yǔ）伞等都（dōu）可能成为潜在的获取气象数据的通（tōng）道，尤其（qí）是随着可（kě）穿（chuān）戴设备的不（bú）断发展，未来（lái）每个人都可能成为气象数据源。以色列创业公司ClimaCell借由物联网（wǎng）技（jì）术，将行人的手机、路灯、监（jiān）视器变成气象侦（zhēn）测（cè）器，可获得时（shí）间分辨率至分钟级、空间分辨率精细至街道的温（wēn）度、降水、风向风速等（děng）观测数据。”
有专家提出，天气（qì）预报和人工智能有着天（tiān）然（rán）耦（ǒu）合的关（guān）系（xì）。天气预报需（xū）要大量（liàng）的（de）、多种多样的资料，人工（gōng）智（zhì）能天（tiān）生就是处理大数据的工具；现有资料的时空数据密度不够（gòu），人工（gōng）智能具有对不完全不（bú）确定信息（xī）的推断能力；此外人工智能还可以总结专家的知识经验，提高平均预测水平以及利用统计与数值模（mó）式中无法利用的抽（chōu）象预报知（zhī）识（shí）等。
