淺析AI技術(shù)在地面氣象觀測中的運用

（吉林省白城人工增雨基地，吉林白城 137000）

現(xiàn)階段，科學技術(shù)不斷進步，AI人工智能技術(shù)得到了快速發(fā)展，社會各界均對人工智能AI技術(shù)給予了重點關(guān)注。AI在人們的日常生活中得到了廣泛的應用，在地面氣象觀測中也得到了重視。本文針對AI技術(shù)在地面氣象觀測中的實際應用進行研究。

1 AI技術(shù)概述

在新一代信息技術(shù)快速發(fā)展的過程中，經(jīng)濟能力數(shù)據(jù)處理和處理速度得到了大幅度提升，AI智能算法快速演進，大數(shù)據(jù)的價值得以體現(xiàn)。隨著智能終端和場景的快速普及，知識得到快速積累，由于大數(shù)據(jù)的人工智能，獲得了持續(xù)快速發(fā)展的動力來源。AI技術(shù)的發(fā)展由海量數(shù)據(jù)產(chǎn)生，為人工智能的成長奠定了基礎，推動了這一技術(shù)逐漸向市場進行拓展。人工智能AI技術(shù)是研究和開發(fā)用于模擬、延伸、擴展人的理論、技術(shù)及應用系統(tǒng)的一種新興科學技術(shù)。人工智能技術(shù)分為計算智能、感知智能、認知智能三個階段。

第一階段：計算智能。機器人開始像人類一樣學會計算、傳遞信息，如神經(jīng)網(wǎng)絡遺傳算法等。

第二階段：感知智能。包含視覺、語音、語言，機器開始看懂、聽懂，做出判斷，并采取一些行動，如能夠進行簡單語言交流的智能音箱[1]。

第三階段：認知智能。機器能夠像人一樣思考，主動采取行動，如完全獨立的無人駕駛汽車技術(shù)以及自主行動的智能機器人。

2 AI技術(shù)在地面氣象觀測中的運用價值

地面氣象觀測AI技術(shù)改革能夠有效提升觀測頻次、傳輸效率和數(shù)據(jù)量，增強我國氣象觀測精密的能力，實現(xiàn)預報精準、服務精細的實際要求。這預示著我國氣象觀測全面自動化時代到來，將更高水平的氣象現(xiàn)代化建設成果服務于經(jīng)濟社會發(fā)展，智能化氣象觀測儀器儀表將在地面氣象觀測中發(fā)揮出更大的作用。地面氣象觀測儀器包含氣象測量器、空氣濕度測量儀器、氣壓測量儀器、風向風速測量、儀器降水測量儀器以及云和能見度測量儀器等。現(xiàn)階段，我國在復雜條件下氣象觀測中應用的綜合判斷和圖像識別技術(shù)仍然不成熟。如果可以在大數(shù)據(jù)、人工智能等領域繼續(xù)挖掘，賦予自動化更多AI技術(shù)的思考和運算，可降低數(shù)據(jù)差錯率，提高數(shù)據(jù)信息的精準度，增強地面氣象觀測中的監(jiān)測精密能力。

現(xiàn)階段，地面與氣象觀測信息中心等實施監(jiān)控中，地面氣象觀測自動化工程運行后，觀測頻次比人工觀測得到了提高，其中，智能觀測站點得到提升，數(shù)據(jù)量比人工觀測得到增加，觀測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)玫絻?yōu)化。在地面氣象觀測頻次傳輸效率和數(shù)據(jù)量方面得到了提升，增加了我國氣象觀測精密度，滿足與氣象預報服務的實際需求[2]。該技術(shù)在地面氣象觀測中的應用，有助于氣象事業(yè)高質(zhì)量的發(fā)展。以往傳統(tǒng)的氣象觀測工作人員需要到觀測現(xiàn)場將數(shù)據(jù)讀取再按時上報；AI自動化地面氣象觀測技術(shù)改變了這種方式，越來越多的AI技術(shù)儀器設備被應用到氣象觀測中，便于地面氣象觀測工作人員對數(shù)據(jù)進行收集，優(yōu)化地面氣象觀測工作。

AI智能氣象觀測大數(shù)據(jù)平臺如圖1所示。

圖1 AI智能氣象觀測大數(shù)據(jù)平臺

AI智能氣象觀察員如圖2所示。

圖2 AI智能氣象觀察員

3 AI技術(shù)在地面氣象觀測中的運用

3.1 AI賦能數(shù)值模式

AI賦能數(shù)值技術(shù)預報是根據(jù)大氣運動建立的數(shù)學模型，利用當前數(shù)據(jù)進行天氣預報。通常使用超級計算機或分布式計算集群，依據(jù)一系列動力學架構(gòu)完成計算。天氣數(shù)值模式的輸出是矩陣形式，可以利用圖像的方式進行可視化。同一區(qū)域的矩陣數(shù)值越密集表示，這個區(qū)域內(nèi)預測的細度越高。

對于局部地區(qū)而言，精細化預報結(jié)果能夠為天氣預報提供更為豐富的信息。從應用的角度分析，精細化預報會將預報精度從城市級別提升到所在地點的經(jīng)緯度級別。從研究的角度出發(fā)，精細化預報提供了某一地點的地面到大氣層的氣溫、降水、風向、風速等因素，為進一步研究地點的各種復雜天氣現(xiàn)象提供了依據(jù)。

科技人工智能研究院的專家在國家氣象中心的氣象論壇中，分享了人工智能技術(shù)在豎直模式中的應用方案。提出了數(shù)值模式降尺度在本質(zhì)上與超分辨有互通之處，但不只是超分辨率。超分辨率是將一張低分辨率的圖像變?yōu)楦叻直媛剩ㄟ^估算網(wǎng)格密集化后補充缺失的像素值，但數(shù)值模式降尺度的挑戰(zhàn)在于需要模擬整個過程，不只是對頭像的精細化像素填充。降尺度過程涉及多個天氣要素作用的重新計算，這一過程使其在CV領域無法得到重視[3]。其本質(zhì)就在于，從單一通道來看，在計算降尺度的過程中產(chǎn)生了額外的信息，機器視覺領域的超分辨率技術(shù)只能夠產(chǎn)生細節(jié)填充，沒有能力生成輸入圖片中的信息。這些額外的信息大多來自多個天氣元素的物理過程，難以使用超分辨率技術(shù)解決數(shù)值模式降尺度。

3.2 智慧氣象

智慧氣象中包含智能的感知、精準的預算、普惠的服務、科學的管理、持續(xù)的創(chuàng)新等。

智能的感知包含氣象要素的值、氣象對經(jīng)濟社會的影響、用戶需求的感知、氣象工作運行狀態(tài)的感知，這些感知均為智能化。

精準預測包含氣象要素的預測、氣象災害的預測、基于影響的預測等。

持續(xù)創(chuàng)新指氣象部門內(nèi)個人或組織能夠依靠氣象信息化體系進行科技和業(yè)務創(chuàng)新應用，開放的氣象數(shù)據(jù)信息資源能夠為創(chuàng)新提供大力支持，使氣象事業(yè)可以獲得源源不斷的發(fā)展動力。

3.3 “云+AI”

隨著新技術(shù)、新民市、新業(yè)態(tài)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不斷沖擊，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為全球企業(yè)的共識，面對數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮，新型數(shù)字技術(shù)支持作用的體現(xiàn)愈發(fā)明顯，“云+AI”技術(shù)以5G技術(shù)的低時延、大帶寬、光鏈接等優(yōu)勢為基礎，結(jié)合各行各業(yè)場景，為體驗和應用帶來了質(zhì)量的飛速發(fā)展。云計算作為其中的主要力量，會聚集更加多樣化的計算和應用，使相關(guān)部門和企業(yè)能夠進入快速發(fā)展的車道，加速產(chǎn)業(yè)智能化升級，基于優(yōu)秀算法、海量數(shù)據(jù)和云端豐富的計算力，AI技術(shù)將為各個行業(yè)帶來改變。

首先，“云+AI”能夠為企業(yè)構(gòu)建數(shù)字化業(yè)務體驗提供技術(shù)保障。企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化業(yè)務體驗的關(guān)鍵是將各個因素之間數(shù)字化進行連接。各個要素之間存在串聯(lián)關(guān)系，通過數(shù)字化形成各個要素之間的價值，構(gòu)建數(shù)字化的用體系，敏捷和創(chuàng)新是數(shù)字化業(yè)務能力的體現(xiàn)。云計算和AI技術(shù)可以打破企業(yè)以往的管理體制、管理模式和生產(chǎn)方式，支撐業(yè)務創(chuàng)新和敏捷更替重構(gòu)數(shù)字化業(yè)務體系和運營體系。

其次，“云+AI”能夠為企業(yè)轉(zhuǎn)型帶來更大的發(fā)展空間，由于5G是高速的網(wǎng)絡峰值理論，傳輸速率比4G網(wǎng)絡傳輸速率快，意味著高速的數(shù)據(jù)傳輸。5G時代到來，克服了過去傳統(tǒng)企業(yè)使用云計算技術(shù)的問題，依托于5G網(wǎng)絡云計算，AI將會滲透到企業(yè)內(nèi)部眾多的應用，可以實現(xiàn)云化和智能化，讓越來越多的企業(yè)開始轉(zhuǎn)型，進入云端數(shù)據(jù)制定決策的時期[4]。

最后，“云+AI”可以完善相關(guān)部門的服務模式，將數(shù)字政務帶入智能化階段。由于云平臺和AI策略建設具有軟件化、智能化、高效化等特點，可以在其中融入人臉識別、個人智能助理等創(chuàng)新服務，提供高質(zhì)量政務服務水平，完善政務服務環(huán)境。同時，數(shù)字建設應充分應用5G等新一代通信技術(shù)，結(jié)合云計算共同建設網(wǎng)絡技術(shù)設施，強化相關(guān)部門數(shù)據(jù)能力建設，提升服務和監(jiān)督能力。

4 結(jié)語

綜上所述，AI技術(shù)已經(jīng)成為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力，能夠創(chuàng)造新技術(shù)、新業(yè)態(tài)和新商業(yè)，有效加速產(chǎn)業(yè)智能化升級，提高企業(yè)的核心競爭力。

本文闡述了AI技術(shù)的技術(shù)概述，詳細分析了技術(shù)在地面氣象觀測中的運用價值，提出了技術(shù)在地面氣象觀測中的運用，為相關(guān)工作人員提供參考。