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261天气预报（bào）和人工智能（néng）有着天然耦（ǒu）合的关系。天气预（yù）报需要大（dà）量的、多（duō）种多样（yàng）的资料，人工（gōng）智能天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），人工智能具有对不（bú）完全不确定信息的（de）推断能力；此外（wài）人工智（zhì）能还可以（yǐ）总结专（zhuān）家的知识经验（yàn），提高平均预测水平以及利用统计与（yǔ）数值模（mó）式中无法利用的抽象预报知识等。
更快速、更高效（xiào）是天气（qì）预（yù）报不懈（xiè）的追求。但（dàn）随着观测卫星、雷达和传感器网络（luò）持（chí）续不断地（dì）产（chǎn）生大量数据，如（rú）何（hé）处理海量的、多（duō）种多样的（de）气象资（zī）料成为天气预（yù）报（bào）的一（yī）个挑战。而人工（gōng）智能出色（sè）的（de）大数据处理（lǐ）能（néng）力成为助力天气进一步精准预报的重（chóng）要工具（jù）。
近日（rì），我国南方多地持续多日的暴（bào）雨（yǔ）天（tiān）气导致各地水位（wèi）上涨，险情（qíng）频发，部分地区不同程度受灾。目前救援工作正（zhèng）在（zài）紧张有序进行（háng）中（zhōng），各式各样的“智能+”手段也正广泛运用到（dào）天气预测、抗洪抢险中，为（wéi）高效调度决（jué）策提（tí）供科学依据。
那么，人工智能在极端天气预报（bào）、灾害预警及救（jiù）援方面有哪些具体应用呢（ne）？就相关问题，记者近日采访了国（guó）家（jiā）气象中心高（gāo）级（jí）工程师朱文剑（jiàn）。
应用（yòng）大幅提（tí）升 深度神经网络使（shǐ）预报准（zhǔn）确率提（tí）高40%
2010年以来，随着新一（yī）代信息技（jì）术引发的（de）信息环境与数据基础变革，海量图像、语音、文本等多模态数据不断涌（yǒng）现，计算（suàn）能力的大幅提升，使得人工智能迎来爆发期。那么，目前在天气预（yù）报中（zhōng），人工智能究竟发挥了哪（nǎ）些作用？
“最近（jìn）两三年，国外人工智能在天（tiān）气预（yù）报（bào）领域（yù）的应（yīng）用（yòng）大幅增长，并（bìng）且（qiě）呈现出由传统（tǒng）的（de）机器学习向深度学习发展的趋势。”朱文剑（jiàn）表示。
目（mù）前，人工（gōng）智能（néng）在天气预报领域的应用包括观（guān）测数据（jù）质量控制、数值模式资料同化、数（shù）值（zhí）模式参数化、模（mó）式后处理、天气（qì）系统识（shí）别、灾害性天气（台风、强（qiáng）对流、雾霾等）监测和临近预（yù）报、预报公文自动制作等方面（miàn）。
朱文剑介（jiè）绍说，相比传统机器学习方法，深度（dù）学（xué）习在海（hǎi）量（liàng）数据处理、图像（xiàng）识别（bié）与处理（lǐ）、非线性时空预测（cè）方面具有较明显（xiǎn）优势。目前欧洲中期天气（qì）预报（bào）中心已经将深度学习（xí）用于卫（wèi）星（xīng）观测（cè）资（zī）料的同（tóng）化分析。而在气象（xiàng）卫星资料应用（yòng）方面，人工智能同样具有巨大前景，如用（yòng）于卫（wèi）星（xīng）观测（cè）图像修复（fù）、基于卫（wèi）星观测的天气系（xì）统识别、时（shí）空降（jiàng）尺度、数（shù）据同化等（děng）。
“国内气（qì）象行业对人工（gōng）智能技术的关注度也正（zhèng）在快（kuài）速提高。”朱文（wén）剑表示，中央气象台在定量降水融合预报、强对流天气分类（lèi）潜势预报、台风智能检索（suǒ）、预报公（gōng）文自动制作等方面采用了（le）人工智能技（jì）术，取得鼓舞人心的（de）效果（guǒ）。例如，中央（yāng）气象台和清华（huá）大学联合（hé）开发出的一种基于深度神（shén）经网络的雷达回波外推方法，该方法比（bǐ）之前运用（yòng）传统方（fāng）法进（jìn）行回波预报的准确率提高约40%。
凭借超强算力 灾（zāi）害性临近预报（bào）预警结果超越人类
“以前巡堤，要靠人到现场看，再通过口述（shù）、笔记记（jì）录反馈巡查情（qíng）况，汛情研判效率较（jiào）低。”近日，江西九江共青城市农业（yè）农村（cūn）水利局标准化项目部经（jīng）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（shì）堤（dī）防（fáng）沿线视频监控画面，一旦发（fā）现异（yì）常（cháng），管理（lǐ）员即将画面配以文字描述（shù）及时上传，研判效（xiào）率（lǜ）大幅提（tí）高。
“更高（gāo）更快更强”是天气预报不懈的追求，更高分（fèn）辨率、更快给出（chū）结果、更准确的预测等追（zhuī）求考验着（zhe）现代（dài）大气科学。“人工智能凭借其超强的（de）计算能力和强大的算（suàn）法，在某些方面的能（néng）力已经（jīng）远远超过了人类（lèi）。”朱（zhū）文剑指出。
比（bǐ）如，美国有一个关（guān）于（yú）雷暴生命（mìng）史的实时预测模型做（zuò）出的（de）预（yù）报结果已明显优于（yú）人（rén）的主观经验，调查（chá）表明在该项业务上，预报员（yuán）在面临模棱两（liǎng）可（kě）的情况（kuàng）下，更愿意相信人工智能的预报（bào）结果。
朱（zhū）文剑介绍说，国外已实现基于深度神（shén）经网络和（hé）气象卫星观测资料的数据同化算法研发，在一定的准（zhǔn）确率容忍范围内，与传统（tǒng）方（fāng）法相比，人工智能方（fāng）法的计算（suàn）效（xiào）率可大幅提高。近年来，欧洲中期天气预报中心较为（wéi）全面（miàn）地评估（gū）了（le）人工智能技术在（zài）天气预报数（shù）值（zhí）模式（shì）中各个技术环节的（de）应用潜（qián）力，对人工智能的（de）应用给出乐观的预期，并已在（zài）部分（fèn）环节如物理（lǐ）过程参数化中开展技术试验。
据介绍，目前对于冰雹、短时强降水、雷暴大风等（děng）灾害性天气（qì）的临（lín）近预报预（yù）警（jǐng）（6小（xiǎo）时以内（nèi）），国外气象科学（xué）家基于（yú）人工智能技术，结合多种遥（yáo）感观测和快速更新的数值模式预报资（zī）料，预（yù）报准确率已超过人类（lèi）预报员，但这些（xiē）技术还处于研究（jiū）或实验阶（jiē）段，尚未（wèi）形（xíng）成业务支撑能力。目前（qián）对于持续性暴雨、极端强度暴雨的预报则具有一（yī）定（dìng）的难度（dù），不过，行（háng）业从业者正在努力（lì）借助包括人（rén）工（gōng）智能（néng）技术在内的多种技术攻克这一难题。
据了（le）解，人工智能用于观测数据（jù）质量（liàng）控（kòng）制，如用于（yú）气象雷达回波的质量（liàng）控制，滤（lǜ）除地物等非气象回（huí）波，国内某些气象科（kē）技（jì）企业在这方面做了很多工作；用于（yú）数值模式产品后处理，可以（yǐ）提高准确率和产品的时空分辨率，如中央气象台和清华大学合（hé）作研发的格点（diǎn）降（jiàng）水订正和超分辨率处理算法，可（kě）在保证准确率的同时，有着（zhe）更高的计算效率，并能输出超高分辨率（lǜ）的（de）智能（néng）网格预（yù）报（bào）产品。
物联网技术加持（chí） 未（wèi）来每个人都可能成为气象数据源（yuán）
天气（qì）影响消费行为、交通物流，甚至决定体育竞赛的胜负，因此人们（men）需要（yào）精准的天气预报。那么，在灾害预警中（zhōng），大（dà）数据如何分析（xī）研判做出（chū）决（jué）策，促使AI对于（yú）极端（duān）天气（qì）的预（yù）测更为精（jīng）准呢？
朱文剑介绍说，大（dà）数（shù）据有四大特性：数（shù）据体量大（dà）、数（shù）据（jù）类（lèi）型（xíng）繁多、处理速度快和（hé）商业价值高。在灾害预警中可（kě）以充分发挥其前（qián）3个特点，最（zuì）终实（shí）现（xiàn）其高价值。尤其是（shì）可以充分利用（yòng）历史上长时序的多种（zhǒng）来源的（de）资料，比如人口分布数据（jù）、历史上的气（qì）候数（shù）据、地（dì）形数据、受灾数据、来自于气象、水文等多种（zhǒng）观测（cè）来源的实况数据等构建（jiàn）智能（néng）分析模型，再结合气（qì）象部（bù）门提（tí）供的实时高（gāo）分辨（biàn）率智能（néng）网（wǎng）格预报（bào）数据，利用智能（néng）分（fèn）析（xī）模（mó）型快速进行影响分析，为决策提供支撑（chēng）。
为了加强台（tái）风、强对流、雾霾（mái）等灾害性天气的智（zhì）能化监测和预报（bào），各地气象监测部门均对于利用人工（gōng）智能进行精准预报（bào）进行了探索。“如基于卷积神经网络的雨带订（dìng）正技术以及卷积神经网络的雾霾（mái）格点化预报技术，中央气象台自主研发了冰雹、短时强降水、雷暴大风（fēng）等分类强对流短时（shí）短期（qī）预（yù）报技（jì）术（shù）；上（shàng）海市气象局研发的基于机器学习的无缝隙短时（shí）临近预报技术（shù）；深圳市气（qì）象局和香港天文台合作研发的雷（léi）达回波临近预报技（jì）术等。”朱文剑说。
此外，中央气象（xiàng）台与国（guó）内一（yī）些科研院（yuàn）所（suǒ）展（zhǎn）开合作：与北京邮电大学联（lián）合研（yán）发的（de）基于（yú）机器学习的台风定强（qiáng）技术，和清华大学合作研发的基于深度学习的雷达回波临（lín）近预报技术等。
目前气象单位通过（guò）卫星、雷达等（děng）设备监测天气，而今后（hòu）物联网技术或将引领天气预报进入一（yī）个（gè）全（quán）新的时代（dài）。朱文剑认（rèn）为（wéi）：“在（zài）物（wù）联网（wǎng）技术的帮（bāng）助下，任何物品，包括（kuò）手机（jī）、车辆、雨（yǔ）伞等（děng）都（dōu）可（kě）能成为潜在的（de）获（huò）取（qǔ）气（qì）象数据（jù）的通道（dào），尤其是（shì）随着可穿戴设备的（de）不断发展，未来每个人都可能成为气象（xiàng）数据（jù）源。以（yǐ）色列创（chuàng）业（yè）公司ClimaCell借由物联（lián）网技术，将行人的手机、路灯、监视（shì）器变成气象侦测器，可（kě）获得时间分（fèn）辨率至（zhì）分钟级、空间分辨（biàn）率精细至街（jiē）道的（de）温度、降水（shuǐ）、风向风速等观（guān）测数据。”
有专家提出（chū），天气预报和人工智（zhì）能有着天然耦（ǒu）合（hé）的关系。天气预报需要大（dà）量（liàng）的（de）、多种多样的资料，人（rén）工智能天生就是（shì）处理（lǐ）大数据（jù）的工具；现有资料的（de）时（shí）空数（shù）据密度不够，人工智能（néng）具有对不完全不确定（dìng）信息（xī）的推断能力；此外人（rén）工智能（néng）还（hái）可以（yǐ）总（zǒng）结专家的知识经验，提高平均预测（cè）水平以及利用（yòng）统计与数值（zhí）模式中无法（fǎ）利用（yòng）的抽象预报知识（shí）等。
