作者：李澤南

　　在天氣預(yù)報(bào)中，我們常常會(huì)聽(tīng)到「局部地區(qū)」這樣的字眼。隨著技術(shù)的發(fā)展，「局部」出現(xiàn)的次數(shù)正越來(lái)越少。在深圳，大數(shù)據(jù)和人工智能的融入將在不久之后為我們帶來(lái)「精準(zhǔn)到街區(qū)」的個(gè)性化天氣預(yù)報(bào)服務(wù)。

　　如果天氣預(yù)報(bào) APP 能告訴你兩個(gè)小時(shí)后，一平方公里面積內(nèi)的天氣是什么樣的，我們的生活方式可能會(huì)完全不一樣了。

　　如何讓天氣預(yù)報(bào)變得更準(zhǔn)確一直是個(gè)世界性難題。事實(shí)上，現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)沒(méi)有人們想象的那么高。

　　想必不少人都遭遇過(guò)機(jī)場(chǎng)因?yàn)樘鞖庠斐傻拇竺娣e航班晚點(diǎn)的情況，乘飛機(jī)出行最怕遇上大雨。如果天氣預(yù)報(bào)更準(zhǔn)確一點(diǎn)，或許我們能夠提早選擇其他航班，而不是在機(jī)場(chǎng)苦等一宿。尤其對(duì)于深圳這種位于粵港澳灣區(qū)，人口密集，時(shí)常出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)、雷暴等天氣的城市而言，天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性顯得尤為重要。

　　去年 7 月，美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)等機(jī)構(gòu)組成的研究小組開(kāi)發(fā)出了一種用于識(shí)別潛在風(fēng)暴的新模型，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以從衛(wèi)星圖像中識(shí)別云的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，基于 AI 的方法可以有效地檢測(cè)出逗點(diǎn)云型，準(zhǔn)確率高達(dá) 99%，且平均每次預(yù)測(cè)僅需 40 秒。這種方法可以有效地預(yù)測(cè)出 64% 的惡劣天氣事件，優(yōu)于大多數(shù)其他現(xiàn)有的預(yù)測(cè)方法。

　　目前，雖然全球已經(jīng)在為氣象行業(yè)的智慧發(fā)展付諸行動(dòng)，但是氣象預(yù)報(bào)服務(wù)仍然面臨著不小的挑戰(zhàn)。

　　首先，當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)最大的瓶頸要屬雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等突發(fā)災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，同時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警信息精細(xì)化程度不高，如何千方百計(jì)提高預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確率和提前量，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定點(diǎn)、定量的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)預(yù)警是氣象部門(mén)永遠(yuǎn)的追求；其次，如何實(shí)現(xiàn)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警信息的快速精準(zhǔn)發(fā)布、主動(dòng)和被動(dòng)實(shí)時(shí)快速獲取。是人們獲取氣象信息「最后一公里」的瓶頸制約；另外，政府、行業(yè)和社會(huì)公眾對(duì)氣象服務(wù)需求具有復(fù)雜性，如何滿足不同服務(wù)對(duì)象的個(gè)性化需求，進(jìn)一步提高針對(duì)性和有效性實(shí)現(xiàn)智慧服務(wù)，也是推動(dòng)氣象服務(wù)發(fā)展不可忽視的關(guān)鍵點(diǎn)。

　　而人工智能正是能夠解決上述瓶頸的一把利刃。

　　「在深度學(xué)習(xí)發(fā)展起來(lái)之后，有很多機(jī)構(gòu)都在探索如何應(yīng)用更多種類的數(shù)據(jù)，如大量使用云服務(wù)」。華為云人工智能領(lǐng)域總裁賈永利介紹道。「過(guò)去科研人員使用雷達(dá)去識(shí)別云的形態(tài)，現(xiàn)在也可以通過(guò)攝像頭來(lái)采集圖像，使用 AI 領(lǐng)域里的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法進(jìn)行分析，這或許會(huì)是未來(lái)的重要發(fā)展方向。」

　　1 月 6 日，華為云與深圳市氣象局簽署深度合作協(xié)議，雙方將就云計(jì)算、5G、人工智能等創(chuàng)新技術(shù)在氣象領(lǐng)域行業(yè)的應(yīng)用和推進(jìn)、未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)研究展開(kāi)合作，共同推動(dòng)氣象精準(zhǔn)預(yù)報(bào)、智慧城市氣象服務(wù)等業(yè)務(wù)創(chuàng)新。這意味著，深圳市民將率先享受到由 AI 帶來(lái)的先進(jìn)天氣預(yù)報(bào)服務(wù)。

　　對(duì)于深圳市氣象局而言，利用新興技術(shù)，例人工智能，實(shí)現(xiàn)「精準(zhǔn)預(yù)報(bào)服務(wù)」是其發(fā)展目標(biāo)之一。通俗一點(diǎn)解釋來(lái)說(shuō)，如果將深圳市所在的區(qū)域分解成許多個(gè) 1 公里×1 公里的網(wǎng)格，而公眾就生活在這樣一個(gè)個(gè)的網(wǎng)格中，每個(gè)網(wǎng)格中的天氣情況也會(huì)有所差異。「精準(zhǔn)預(yù)報(bào)服務(wù)」計(jì)劃就是針對(duì)這樣的每一個(gè)網(wǎng)格開(kāi)展預(yù)報(bào)的。

　　與原來(lái)的定點(diǎn)預(yù)報(bào)相比，網(wǎng)格化預(yù)報(bào)在空間上更加精細(xì)，也更具針對(duì)性。就拿深圳的預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)，原來(lái)的預(yù)報(bào)只是以同一定點(diǎn)預(yù)報(bào)結(jié)果代表整個(gè)城市的天氣情況，但通過(guò)開(kāi)展網(wǎng)格化預(yù)報(bào)，人們可以在整座城市的每個(gè)不同的網(wǎng)格之中享受到更精細(xì)的氣象服務(wù)。

　　在本次合作中，華為云發(fā)揮自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)云 +AI+5G 為深圳市氣象局構(gòu)建新一代超大城市精準(zhǔn)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，幫助推出基于智能網(wǎng)格的新一代精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)智能感知、精準(zhǔn)預(yù)報(bào)等智能化服務(wù)，讓大眾體驗(yàn)到「兩小時(shí)內(nèi)、一平方公里范圍」的個(gè)性化精準(zhǔn)天氣預(yù)報(bào)。

　　首先，在數(shù)據(jù)分析上，因?yàn)闅庀髷?shù)據(jù)的時(shí)空分辨率都非常高（空間上每個(gè)像素值代表地面 1 公里 x1 公里的實(shí)際大小，時(shí)間上 6 分鐘收集一次雷達(dá)回波樣本），造成了數(shù)據(jù)量極大，普通服務(wù)器難以承受如此規(guī)模的數(shù)據(jù)處理和模型訓(xùn)練、推理，這也正是使用華為云 AI 昇騰集群進(jìn)行模型訓(xùn)練的原因。華為云 AI 昇騰集群服務(wù)，可以按需提供強(qiáng)大的 AI 算力，并加速氣象預(yù)測(cè)模型開(kāi)發(fā)進(jìn)程，對(duì)深圳市氣象局 10 年的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練僅僅需要 3 天的時(shí)間。

　　據(jù)介紹，華為云 AI 昇騰集群可以極大縮短氣象預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練周期，原先需要訓(xùn)練一到兩個(gè)星期的模型，通過(guò)大規(guī)模并行計(jì)算，可以將訓(xùn)練時(shí)間縮短到三天甚至幾個(gè)小時(shí)以內(nèi)。

　　在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上，氣象局每年存檔大約 300TB 的數(shù)據(jù)，對(duì)這些海量的氣象資料進(jìn)行存儲(chǔ)需要建設(shè)龐大的數(shù)據(jù)中心，投資大，周期長(zhǎng)，而華為云的彈性存儲(chǔ)服務(wù)可以快速靈活地完成任務(wù)。

　　事實(shí)上，氣象行業(yè)近年來(lái)一直在大數(shù)據(jù)的方向上進(jìn)行探索——全球很多頂尖超算的算力經(jīng)常會(huì)被用在氣象學(xué)模型上。各種傳感器接收到的氣象觀測(cè)資料都是海量的。據(jù)介紹，目前每年全球新增氣象資料大約達(dá)到了 4PB（約 4×10^6GB），這一切都需要超大規(guī)模的 AI 計(jì)算資源做支撐。

臺(tái)風(fēng)「山竹」流動(dòng)風(fēng)場(chǎng)圖。

　　其實(shí)，氣象數(shù)據(jù)本質(zhì)上就是一種時(shí)空數(shù)據(jù)格式，我們需要時(shí)間序列預(yù)測(cè)算法來(lái)進(jìn)行短時(shí)氣象預(yù)測(cè)，在這個(gè)過(guò)程中可以用到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、對(duì)抗性圖像生成網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)算法。相比傳統(tǒng)方法，深度學(xué)習(xí)可以更好地挖掘數(shù)據(jù)中的時(shí)空變化信息，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率可以提高 20% 左右。華為云表示，傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法可以刻畫(huà)云團(tuán)的移動(dòng)信息，卻難以建模云團(tuán)的生消強(qiáng)弱變化信息，而深度學(xué)習(xí)很好地彌補(bǔ)了這一點(diǎn)。

　　經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月研發(fā)，研究人員們通過(guò)華為云 ModelArts 一站式 AI 開(kāi)發(fā)與管理平臺(tái)訓(xùn)練了「災(zāi)害性天氣 AI 氣象預(yù)測(cè)模型」。它可以通過(guò)捕捉雷達(dá)、云圖等數(shù)據(jù)中的時(shí)空關(guān)系，建立云團(tuán)運(yùn)動(dòng)、生成和消散的預(yù)測(cè)模型，從而識(shí)別未來(lái)兩小時(shí)內(nèi)的降雨、雷暴等災(zāi)害性天氣。在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)，AI 算法還會(huì)通過(guò)分析衛(wèi)星實(shí)況數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)可能的移動(dòng)軌跡。

運(yùn)用華為云 ModelArts 平臺(tái)訓(xùn)練短臨天氣預(yù)測(cè) AI 模型

　　除此之外，華為與深圳市氣象局還計(jì)劃探索有關(guān) 5G 的智能化應(yīng)用，將先進(jìn)通信技術(shù)應(yīng)用在改進(jìn)預(yù)警信息發(fā)布和傳播上，開(kāi)展氣象信息發(fā)布傳播技術(shù)應(yīng)用和市民個(gè)性化服務(wù)，向市民提供實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)提示信息。

　　深圳市氣象局還計(jì)劃基于華為云人工智能和圖像識(shí)別技術(shù)，研發(fā)云雨等天氣現(xiàn)象的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)天氣智能感知：利用 5G 和邊緣計(jì)算提升氣象觀測(cè)的精度和效率，并通過(guò)攝像頭采集圖像生成云天全景拼圖，進(jìn)行網(wǎng)格化的精準(zhǔn)天氣預(yù)測(cè)。　　

深圳氣象局基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響預(yù)警信息靶向精準(zhǔn)發(fā)布系統(tǒng)

　　從去年 9 月發(fā)布 AI 昇騰集群服務(wù)起，華為云目前已經(jīng)開(kāi)放了帶有 2024 塊昇騰 910 芯片的昇騰集群服務(wù)，眾多企事業(yè)單位和科研院所已經(jīng)提出使用申請(qǐng)。

　　華為開(kāi)發(fā)者大會(huì) 2020（Cloud）將于 2020 年 2 月 11 日-12 日在深圳舉辦，這是華為面向 ICT（信息與通信）領(lǐng)域全球開(kāi)發(fā)者的年度頂級(jí)旗艦活動(dòng)。大會(huì)旨在搭建一個(gè)全球性的交流和實(shí)踐平臺(tái)，開(kāi)放華為 30 年積累的 ICT 技術(shù)和能力，以「鯤鵬+昇騰」硬核雙引擎，為開(kāi)發(fā)者提供澎湃動(dòng)力，改變世界，變不可能為可能。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的AI加持的精准天气预报将从深圳开始：两小时内，一平方公里范围的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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