大數據時代對氣象服務的推動

趙蓓

摘 要： “大數據”在金融、通訊等行業存在時日已久，近年來，隨著互聯網技術的發展，人們需要對海量數據進行挖掘和應用，越來越多的行業開始關注和應用。本文通過對的解析，引發對氣象服務影響和推動的思考，從傳統氣象數據收集系統的更新、引入傳感器、氣象數據的開發和共享、氣象體制機制的要求及服務理念的更換等多方面探討大數據時代對氣象服務的推動。

關鍵詞： 大數據時代 氣象服務 推動作用

近期看了一則“飛行在農場上方的大數據服務幫你大豐收”的新聞，美國舊金山初創公司Ceres Imaging通過公開融資進行大數據研究，試圖優化農場服務，該公司將傳感器與無人機、小型飛機進行組合，通過收集大量農場數據，處理這些數據，并上傳到云端，使農戶可以方便地使用任何可以接入互聯網的設備，查看這些信息，從而做出相應的決策。“大數據”在物理學、生物學、環境生態學等領域，及軍事、金融、通訊等行業存在已久，因為近年來互聯網和信息行業的發展而引起人們的關注。農業一般以農民長久以來的種植經驗和技術作為支撐，農產品生產具有固定的周期性限制，并且在產出過程中會有各種各樣的因素干擾，大到天氣水文，小到倉儲物流。Ceres Imaging公司通過數據服務，開始介入堅若磐石的傳統領域，并嘗試利于海量數據，幫助農戶優化作物的水源及營養供應，宣稱打造“數據驅動型”農場。作為與農業生產息息相關的氣象服務，其離大數據時代還遙遠嗎？

一、大數據時代的概念

2011年5月，麥肯錫公司下屬的全球研究所（McKinsey Global Institute）發布了一份專門的研究報告，報告對美國政府目前擁有的數據量進行了估算，美國政府共擁有848拍字節的數據總量（谷歌每小時處理的數據為1拍）；一分鐘內，微博、推特上新發的數據量超過10萬；社交網絡“臉譜”的瀏覽量超過600萬；沃爾瑪是世界上最大的零售王國，它每小時要處理100多萬筆電子交易記錄……

這些龐大的數字意味著什么？美國國家安全局通過收集電話監控數據記錄發現本·拉登的蛛絲馬跡；沃爾瑪通過數據分析發現跟尿布一起搭配購買最多的商品居然是啤酒；衛生局通過藥店聯網銷售數據可以提前預知流感的爆發期；交通安全管理局通過交通事故記錄分析發現夏季是一年中交通事故的高發期，惡劣天氣和光線條件并不是發生事故的必然原因，絕大部分事故都發生在正常天氣及光線較好的白天……

最早提出“大數據”時代到來的是全球知名咨詢公司麥肯錫，其稱：“數據已經滲透到當今每一個行業和業務職能領域，成為重要的生產因素。人們對于海量數據的挖掘和運用，預示著新一波生產率增長和消費者盈余浪潮的到來。”越來越多的政府、企業等機構開始意識到數據正成為組織最重要的資產，數據分析能力正成為組織的核心競爭力。

聯合國在2012年發布了大數據政務白皮書，指出了大數據對聯合國和各國政府來說是一個歷史性的機遇，人們如今可以使用極為豐富的數據資源，對社會經濟進行前所未有的實時分析，幫助政府更好地響應社會和經濟運行。2013年3月，奧巴馬政府宣布投資2億美元拉動大數據相關產業的發展，將“大數據戰略”上升為國家意志。奧巴馬政府將數據定義為“未來的新石油”，并表示一個國家擁有數據的規模、活性及解釋運用的能力，將成為綜合國力的重要組成部分，未來對數據的占有和控制，甚至將成為陸權、海權、空權之外的另一種國家核心資產。

二、對大數據時代的理解

《大數據時代》的作者維克托·邁爾·舍恩伯格被譽為“大數據商業應用第一人”，他在書中前瞻性地指出，大數據帶來的信息風暴正在變革我們的生活、工作和思維，大數據開啟了一次重大的時代轉型。他明確地指出：大數據時代最大的轉變就是放棄對因果關系的渴求，取而代之關注相關關系。也就是說，只要知道“是什么”，而不需要知道“為什么”。這顛覆了千百年來人類的思維慣性，對人類的認知和與世界交流方式提出了全新的挑戰。

如天氣預報的基礎是通過地基氣象觀測、空基氣象觀測、天基氣象觀測取得的數據，天氣預報的工具是形式多樣的數值預報模型，天氣預報的結論最終由預報員進行主觀分析取得。在現有模式下，由于預報工具和數據的局限性，“定時、定點、定量”一直是預報的難點。如果運用大數據理念，通過對海量數據的分析對比、數據挖掘、現場實況溫度、濕度、風向、風速等氣象要素的綜合分析，也能進行天氣預報，在“定時、定點、定量”上可能會有更大突破，當然這是建立在海量數據的基礎上的。

2011年10月，美國聯邦政府商務部下屬的國家氣象局（NWS）宣布，該局已經在全國2000輛客運大巴上安裝了傳感器，隨著巴士的移動，這些傳感器可以沿途收集所有地點的溫度、濕度、露水、光照度等數據，并即刻傳回國家氣象局的數據中心。數據每10秒采集一次，每天傳感器要采集10萬次以上的數據。這些數據是實時的、高精度的，意味著天氣預報不僅僅是“預”報，更將逐漸走向“實”報、“精”報。

三、大數據氣象服務模式的思考

隨著大數據時代的來臨，氣象部門可以做更多的工作，如傳統數據收集系統的更新，建立大型氣象數據庫，探索氣象數據挖掘技術，通過與國土、民政、水利、農業等部門的數據共享，發現更多的關聯要素，通過數據的加工和公開，進一步提升服務能效等。

1.傳感器的開發和使用，即傳統數據收集系統（氣象觀測裝備）的更新。美國施樂公司的一名計算機科學家提出：“最高深的技術是那些令人無法察覺的技術，這些技術不停地把它們編織進日常生活，直到你無從發現為止。”他開創性地提出了“普適計算”理論，而實現普適計算的根本是人類生活的物理環境當中廣泛部署的微小的計算設備——傳感器。

傳感器最早應用于民用領域源于由美國陸軍工程部和美國國家海洋與大氣管理局（NCAA）聯手開展的“海浪監測計劃”，主要是在全美岸線和五大湖區建立一個定點的、連續的、實時的傳感器網絡，對海浪大小進行監控。系統經過不斷升級，現在已經能夠建成一個覆蓋全美海岸線、從淺水到深水、精確的海浪監測網絡。這些傳感器不僅能監測海浪的能量和方向，還能計算它的傳播速度、偏度和峰度，對海浪的監測不僅能提高沿海地區對海嘯、風暴等自然災害的應急能力，還能極大地改善海上的交通安全，同時也能為利用大海能量進行發電提供關鍵的分析型數據。

完善的氣象監測網絡和觀測數據是氣象服務的基礎，雖然我國氣象部門的自動氣象站已經遍布全國各地，但受周邊環境、地理位置、區域發展、維護不及時、經費不到位等因素的制約，取得的觀測數據在完整性、標準性、區域性等方面還存在各種問題，因此創新監測模式和監測設備，開發和使用體積小、功能全的傳感器是提升氣象監測能力和水平的重要途徑。

2.氣象數據的開放共享。在經濟社會生活中，不少行業，如農業、交通業、建筑業、保險業、旅游業等與天氣變化息息相關。美國商務部曾經做過一個專項分析，最后得出的結論是，全國三分之一的GDP產值都和天氣情況緊密相連。

對于天氣數據的公開，各國做法均不相同，基本上有三種模式，一種是利潤最大化模式，一種是平均成本模式，還有一種是邊際成本①或免費模式。我國目前僅做到氣象服務的公開，而且三種模式均沾，也就是我們平常所說的專業服務、決策服務和公共服務。公共服務基本采取免費模式，專業服務采取利潤最大化模式，決策服務通過爭取地方財政資金和項目投入，可以看成平均成本模式。由于部門間信息數據共享不到位、專業人員缺乏、科研成果轉化率不高、氣象觀測數據的研究和應用不夠等原因，專業氣象服務能力不強，氣象服務的發展處在兩難的境地之中。表面上看氣象部門利用發布的信息收取費用，彌補行政經費的不足，而從長遠看，由于信息的封閉和壟斷，其對整個社會的經濟發展是弊大于利的。

美國政府采取免費發布模式，其開放性促進了全國的經濟增長，效果非常明顯。最經典的例子就是美國海洋和大氣管理局免費發布天氣數據。2008年，據首席經濟學家韋伊爾估算，僅全國的發電廠因為得益于該局發布的免費數據，從而可以預測下一天、下一周的發電量、優化資源配置，每年節省的經費達1.66億美元。2001年，普華永道對經濟收益與免費的數據發布模式之間的關系專門做過調查，它的研究結果是提供免費的數據發布，2000年美國天氣風險②管理行業的產值是整個歐洲的近60倍、整個亞洲的146倍。差距如此之大，進一步說明了數據開放共享的根本優勢。

就我國氣象部門來講，數據的開放共享還有一定的難度，一方面從安全角度講，需要就數據的開放共享制定一系列規章制度，另一方面，氣象部門的體制機制制約了氣象數據的開放共享，氣象部門屬于雙重管理體制。就體制來講，只有真正做到政事企分開，讓專業的人員和公司提供專業服務，才能取得最大的經濟效益。就經費投入來講，氣象現代化建設、業務運行和人員經費有很大一部分是通過專業和專項服務獲得的經濟效益進行開展與維持的。只有政府承擔所有事業經費，解決這方面的后顧之憂，徹底理順關系和職能，才能做到氣象數據的開放共享，真正為提升全國經濟效益作出貢獻。

3.服務理念的更新。氣象部門的職責是圍繞人們不斷增長的社會生活需求，提供更周到、細致、專業的氣象服務，這同時也定義了氣象部門的發展方向，就是提供人們和社會生產需要的精細化預報，通過與農業、水利、交通、國土等部門間的數據共享、專業合作等手段，提高公眾服務產品的質量；通過建立完善的觀測體系，讀取各種氣象數據，建立氣象大數據庫；通過開發數據挖掘技術，發現與人們生活方方面面緊密相關的要素值；通過政府打造統一的預警平臺、規范的應急流程，第一時間將預警信息發送至人們手中，指導人們防災減災，將天氣災害帶來的風險降至最低，真正發揮政府部門的參謀助手作用，體現服務型政府的真正意義所在。

氣象部門發展至今，一直走在科技發展的前沿，面對人類社會的發展，以及傳感器和微處理器的發展與普及，我們正邁入大數據時代，緊跟時代發展步伐，積極調整發展思路，充分發揮氣象數據的優勢開展氣象服務，才是氣象部門不斷提升自己的根本。

注釋：

①邊際成本：指在一個特定的產量水平上，增加一個單位產量所需要增加的成本。如對電腦制造商而言，多制造一臺電腦需要投入的人工和原材料。

②天氣風險：天氣風險指天氣變化造成的現金流和收益的變動，包括比正常溫度高或低的天氣及除溫度以外的非正常天氣因素，如降雨、降雪和風力等對企業財務業績和股票價格的影響。天氣風險對企業盈余和現金流的沖擊在于，天氣變化將改變企業的用戶需求，這是一個與需求量水平有關的概念，即交易量風險。比如，涼夏將減少居民的用電量和商用空調的使用，使生產設施閑置，提高發電的平均成本，暖冬會降低取暖用的天然氣和電力的需求。