机智相似天气预报方法大有研发远景
行业动态   电子信息      2018年06月06日
文章来源:专利世界网  文章版权:专利世界网  作者:周名扬阅读量:1513
内容摘要:智能机器人突飞猛进快速发展,为进一步提高天气预报准确率,创造了条件带来了机遇!机智相似天气预报,大有发展远景!天气预报方式将会出现一场革新!
智能机器人突飞猛进快速发展,为进一步提高天气预报准确率,创造了条件带来了机遇!机智相似天气预报,大有发展远景!天气预报方式将会出现一场革新!

 

                      

 

一、目前国内外天气预报现状

 

上个世纪八十年代以前,世界各国做天气预报,都以分析天气图加上预报员的经验为主。它的最大好处是:各种气象观测要素按站点位置都填在一张地图上,各影响天气系统:前前后后、上上下下、左左右右等都一目了然,便于预报员进行综合分析。但做出的预报内容多为定性(定量很困难)。另外,受预报员主观因素影响较大,故又称主观天气预报。

 

八十年代后,数值天气预报逐步投入业务。它最大优点:定量化(数值化),不受预报员主观因素影响,所以又称客观天气预报。近二十年来发展很快,各国相继都把数值预报及产品,作为预报员做天气预报时的基础,再结合预报员分析天气图经验,促使天气预报水平上了一个大台阶。其中特别在:预报时效上从原来的五天以内,延长到十天以上;预报时间分段,原来的十二小时一段,现在已精确到三小时以内;精细化更缩小到几公里范围之内。

 

但也有美中不足:预报准确率提高相对较缓慢,预报中最具有代表性的是:24小时降水天气预报准确率。据有关报导:目前世界上预报水平较高国家中,24小时准确率也就在70%左右(极端天气就更低),可见还有较大提升空间。我国目前已接近或达到世界先进水平,24小时晴、雨天气预报准确率大约在85%左右。相反我国在六、七十年代,当时24小时准确率大约也有60%,经过三、四十年才提高了10~15%(可能有评分标准不太一样也有关)。

 

在目前天气预报水平还不太高的情况下,我国基层气象台站为了尽最大努力,最大限度地减轻天气自然灾害带来的生命安全和财产损失,不得不采取“严防死守,加密会商”这一行之有效的措施,效果也很好。但对预报时效要求较长一点的单位,作用就不大了!单从预报角度来讲:这一措施,只能是不得已的最后一通防线。

 

我经过多年的观察分析,基本认为导致目前天气预报水平总体还不太高,并提升缓慢原因,主要有以下几点:

 

(1)预报员的预报经验,主要靠长时间从事预报工作中不断积累,但随着时间流失,人脑中的天气图表呈像也会渐渐模糊到消失。

 

(2)影响各地区天气变化的因素很多,变化很复杂,其中特别是降水天气过程。数值预报在计算过程中,不太可能把所有的因子都考虑进去。

 

(3)我国各地地形、地貌很复杂,对天气变化影响很大。而复杂地形状况及下垫面性质在数值预报计算过程中,进行修正是很困难的。

 

(4)数值预报在计算过程中:计算方程建立、程序设计、原始资料处理……等,各个环节上,不可避免的会带来一定误差。

 

(5)可能还有一些,能引起大气层中天气变化的因素,至今尚未发现。

 

二、智能机器人突飞猛进快速发展,为进一步提高天气预报准确率,创造了条件带来了机遇!
 

 

1、在我国上个世纪五、六十年代,提倡基层气象站对气象台发布该地区的天气预报要进行补充改正。当时县站值班员看不到天气图,只能根据本地气象要素变化规律,凭经验对气象台发布的预报进行补充改正后再向社会提供服务。其中有不少台站,利用洞卡法(即将本站影响天气变化比较大的要素,分月(同一时期)分时(同一时间)一项一项细分成各个档次,用卡片穿孔)。预报员做当天预报时,实际上就是找出今天有关气象要素值与历史上那天最相似。最相似那天的天气变化实况,我作为当天的具体预报——简称洞卡相似预报法。

 

2、在预报员进行天气会商时,经常有人提到,今天的天气形势与历史上某天很相似。在八十年代以前,当有重大天气过程影响时,有些预报员还习惯翻阅有关历史天气图。实践证明:控制某地上空大气层中的天气形势及其各气象要素的配置与地面上出现的天气现象是非常吻合的。在同样的天气形势控制下,在不同地区,不同季节下,地面上出现的天气又是不一样的。因这与地形、地貌、下垫面形势、季节等多种因素有关。但在同一个地区与历史同期内,在大致相同的天气形势控制下,当地产生的天气变化又基本上是一致的。也正因为自然大气层中有这种演变重复性,利用寻找当地两天天气形势大致相似办法,做某地区的未来天气变化,变为可能。

 

3、近一、二十年来,随着高科技领域迅猛快速发展,智能机器人目前已经运用到多个行业及角落。很多工厂车间的工人都由机器人所代替,就连机器人给患者作手术也都不在是新闻。其中:商汤集团科技创新公司,研发的“人脸识别”技术,在万人规模的人脸认识中,准确率已高达99.5%,据他们所说,现在才开发没几年,今后还会大幅度提高识别精准度。他们研发的“人脸识别”技术,不但能辨识人,而且或能识别人的性别、年龄、表情、性格、颜值……等多项功能。最近在中央电视台文娱节目中,表演了多项、多领域人、机比赛中,机器人胜过了人。

 

4、最近我把天气图图面,拿去向有关的智能机器人开发科技人员咨询,他们都说:目前的智能机器识别功能已达到快速准确识别各种不同日期的相似天气图表。只要事先把历史同期(分月、分时)分各个层次的天气图蓄存到数据库中,靠智能识别装置,当时就能很快找出今天与历史上某日最相似。因该地区当天的天气变化与历史上相似日期的天气变化大致相同(包括测站观测所有气象要素)从而达到能预报当天各项天气变化之目的。

 

若是把过去的数值预报天气形势及产品,事先蓄存在数据库中,同样可快速在历史资料库中,找到与当天最相似的日期,从而达到把数值预报产品转换成预报各地区各项天气要素之目的。
 

 

三、机智相似天气预报研发大致步骤如下:

 

1、先选一个专区气象台做研发试验

 

2、根据选取的专区气象台地理位置和预报时效长短,分别划定历史天气图上相似位置及范围大小。

 

3、建立数据库(历史天气图时间愈长愈好),把历史天气图分月、分时、分各个层次输入。其中:地面天气图测站较密集,填写的气象要素较多,为了便于智能机器识别,所以要对站点密度进行选择,对气象要素也要有所选舍(一般三天以内预报,多用此库资料找相似)。

 

4、任选一国的数值天气形势预报,同样采用分月、分时、分层次输入数据库中(做三天以上预报用此库资料找相似)。

 

5、当数据库建立后,就可每天进行试报。根据当天的天气图或数值预报天气形势图,分别找出与历史上最大相似日期和该天的天气实况资料。

 

6、根据寻找相似过程中的难、易程度和试报中发现问题,不断进行改进,到一定程度后,就可在全国各台站推广。

 

四、可预想到机智相似天气预报方法,会有以下几大好处。

 

它主要能巧妙克服预报员主观天气预报和数值天气预报方法中的缺点。

 

1、由于人脑在某些方面不如智能机器记忆能力,因此可断定机智相似天气预报准确率会大大超过预报员做出的主观天气预报。

 

2、机智相似天气预报,避开了数值天气预报计算过程中的各个中间环节,减少了由中间环节带来的各种误差。

 

3、机智相似天气预报,做出的是全方位预报(包括目前测站观测到的全部气象要素)。

 

4、会大大减轻预报值班工作量

 

五、发展远景

 

随着历史进程,数据库历史资料会愈来愈丰厚;加之智能视觉识别技术进一步提高,我坚信:天气图(或数值预报天气形势图)相似确认的程度也会相应大大加强。最终达到在目前现有的基础上,各地气象台站所作出的天气预报准确率能大大得到提高!

 

机智相似天气预报,大有发展远景!天气预报方式将会出现一场革新!

 

北京市气象局  周名扬
                                                                                                                                                                           
2017年10月8日