摘 要：自20世纪50年代提出人工智能以来，在70年代后期就有人提出将人工智能引入气象领域，以推动气象事业的发展。随着近几年人工智能的迅速发展，以及气象与人们的衣食住行联系得越来越紧密，人工智能已经迅速渗透到人们的生活中，并逐渐改变人们的生活方式。因此，利用人工智能改善气象领域的预报预测服务逐渐成为气象行业和社会大众的迫切需求。
关键词：气象;人工智能;发展趋势
中图分类号：P409 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）28-0148-03
Current situation and Development Trend of Artificial Intelligence Applied
in Meteorological Service in Foreign Countries
ZHAO Zehao1，2 KONG Yuxuan1，2
（1.Xinyang Meteorological Service，Xinyang Henan 464000;
2. Henan Xinxian Capital Experimental School，Xinxian Henan 465550）
Abstract： Since artificial intelligence was put forward in the 1950s， it has been proposed to introduce artificial intelligence into the field of Meteorology in the late 1970s to promote the development of meteorology. With the rapid development of artificial intelligence in recent years， as well as the increasingly close relationship between weather and people"s clothing， food， housing and transportation， artificial intelligence has rapidly penetrated into people"s lives， and gradually changed people"s lifestyle. Therefore， the use of artificial intelligence to improve the forecast service in the field of Meteorology has gradually become an urgent demand of the meteorological industry and the public.
Keywords： weather;artificial intelligence;developing trend
隨着社会的发展和进步，人类对简便快捷的生活方式需求越来越高，而这促进了各种高科技材料和技术的发展。其次，在生态环境问题日益突出的今天，人类对生存环境的要求也越来越高。这对现有气象服务范围和研究内容提出了更高的要求。而将人工智能应用于气象服务，有利于提升气象服务质量。本文主要探讨国外人工智能应用于气象业务的现状及发展趋势。
1 人工智能、气象学发展
人工智能（Artificial Intelligence，AI），是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，试图了解智能的实质，并生产出一种新的能与人类智能相似的方式做出反应的智能机器[1]。
气象学是研究气象变化特征和规律的学科。气象是大气的各种物理、化学状态和现象——冷、热、干、湿、风、云、雨、雪、霜、雷电等的统称[2]。天气预报或气象预报是使用现代科学技术对未来某一地点地球大气层的状态进行预测，从史前人类起，就开始对天气进行预测，以使人们根据相应的天气安排工作与生活。现在的天气预报主要是使用收集大量的数据（气温、湿度、风向和风速、气压等），然后使用目前对大气过程的认识（气象学）来确定未来空气变化，对水利电力、民航运输等部门工作的开展具有重要影响。
2 人工智能现状
2.1 国外现状
在人工智能技术研发和应用方面，欧美处于世界领先水平。美国充分认识到人工智能的战略意义，一直注重该技术的研发，从国家战略层面开始加紧布局，卓越的技术研发机构为人工智能的发展奠定了雄厚的技术基础，取得了大批令人瞩目的研发成果。2016年，美国抓紧对人工智能的研发公布了多项规划，尤其值得关注的是，2016年10月，美国国家科技委连续发布了两个重要战略文件，即《为人工智能的未来做好准备》和《国家人工智能研究与发展战略规划》，并将人工智能上升到国家战略层面，为美国人工智能的发展制定了宏伟的计划和发展蓝图[3]。美国领跑人工智能发展潮流，在战略层面上高度重视。同时，资本与政策共同发力，挖掘最具潜力的创业企业。IBM五大巨子为代表自觉构成人工智能伙伴关系，通过合作的方式推进推动人工智能的钻研和推广。这种新型的巨头集团式发展模式，成为人工智能时代的亮点，能保证技术方案的效益最大化。在未来，还有更多企业和机构加入，其中用户组织、非营利组织、伦理学家和其他盈利相关者都会围绕生态圈进行更大范围的研究和开发。英国人工智能发展与行业应用紧密结合，注重使用价值，注重时效性，强调“综合施治、合力发展”。在产学研的转换周期上，更加快速落地。德国政府在工业机器人发展的初级阶段发挥着重要作用，其后，产业需求引领工业机器人向智能化、轻量化、灵活化和高能效化方向发展。2012年，德国推行了以“智能工厂”为重心的“工业4.0计划”，工业机器人推动生产制造向灵活化和个性化方向转型。
2.2 国内发展现状
作为全球第二大经济体，在世界各国紧锣密鼓地制定人工智能发展规划的时候，中国也正抓住这个新兴产业的发展契机，陆续出台了人工智能相关的发展政策，并将人工智能上升到国家战略层面。此外，国家在人工智能人才培养政策上持续发力，建设人工智能学院的高校数量急剧增加。近年来，各高校培养了一批人工智能相关人才，人才团队也逐渐壮大。虽然与发达国家相比，中国的人工智能研究起步晚，但随着国家政策的大力支持及科技、制造等业界巨大的布局深入，人工智能产业的规模将进一步扩大。目前，中国在机器学习、自然语言处理和计算机视觉三个领域竟然显著，具有领先优势。当前，人工智能的浪潮席卷了全球，人工智能领域的公司也在不断集中。到2016年初，全球共有957家人工智能公司;2015年，全球人工智能市场规模达74.5亿美元，预计2017年到2020年间为107亿～183亿美元，复合年均增长率保持约为20%。2015年，我国人工智能市场规模12亿元，2017年到2020年为27亿～91亿元人民币，复合年增长率保持约为50%。由于世界各国的整体人工智能技术水平、法律法规以及各自的资源都存在着很大不同，因此各国人工智能政策的关注重点都各有特色。美国的人工智能政策着眼于应对人工智能蓬勃发展的大趋势，产业布局也相对完善，基础层、技术层和应用层都有涉及;中国的人工智能政策在初期偏向于互联网领域，因此相关产业主要集中于应用层;日本侧重于建立相对完整的人工智能研发促进机制;欧盟相对关注人工智能所带来的伦理和道德问题。当前，在国家政策的推动下，人工智能日益成为引领世界未来的战略性技术，越来越多的国家制定了发展战略与规划，人工智能竞争日趋白热化，最终结果也将直接影响未来国际格局演变的进程。
3 我国气象部门人工智能服务现状
3.1 人工智能应用于气象业务总体设计工作逐步展开
近年来，大数据人工智能等新兴技术不断发展，为气象现代化水平提升提供了契机。为了加快智慧气象服务系统建设，国家气象中心自2013年起与清华大学软件学院就预报系统大数据应用展开合作，并取得一定成果。国家气象中心一直在推进人工智能在气象预报领域的应用，已经在全国26个省市进行部署。
3.2 人工智能工作得到进一步加强
人们正逐步从小数据时代向大数据时代迈进，大数据改变了人们的生活，也给人们带来了某种安全威胁。气象部门基于气象“专有云+公共云”，部署横向集成、纵向贯通、开放共享、标准统一的气象大数据云平台，构建“一级集约，两级部署，互联一体”的全国气象大数据业务布局。在“国家-省”两级层面构建了气象大数据基础设施系统、气象大数据核心技术系统、气象大数据智能应用系统等，并构建了集观测、预报、服务、科研、管理、培训于一体的气象大数据云平台，在助力智慧气象发展方面已经取得了很大成就[4]。
4 人工智能气象业务发展趋势
4.1 气象与人工智能结合越来越紧密
人离不开天气，离不开大自然。人们就生活在大自然中，每天呼吸空气，感受阴晴冷暖。如果没有自然环境，人们就无法生存。生存在这样的环境中，人们就要更加适应这个环境，即了解其变化。由此，人们就要知道天气，就要做天气预报。我国幅员辽阔，天气复杂多变。气象的精准预报或者预测，在指导农作物生产或者人们生活中都具有重要作用。而基于大数据的人为活动数据去分析当前最需要的气象信息，去提供服务，这就是实际需求和人工智能的问题。
4.2 人工智能气象业务的基础将不断加强
目前，人工智能的应用领域包括机器翻译、智能控制、专家系统、机器人学、语言和图像理解、遗传编程机器人工厂、自动程序设计、航天应用、巨量信息处理、储存与管理及人类无法执行的或复杂或规模庞大的任务等[5]。
实际上，人工智能早已被应用于气象领域，如天气预报专家系统、智能天气信息采集系统、智能预报系统、智能气象信息发布系统及天气预报中的人工神经网络等。在气象领域，有智能控制、专家系统、图像理解、自动化程序设计、大数据处理、储存与管理等与人工智能相关。
4.3 国内与国际结合越来越紧密
从20世纪90年代，IBM就与美国国家海洋和大气管理局合作，帮助政府开发短期天气预报模式。2015年初，随着大西洋飓风季的到来，IBM曾与天气公司联合推出城市灾害管理解决方案，利用智能分析特点，结合实时气象数据为人们提供更准确的自然灾害预测。近年来，俄罗斯Yandex在利用人工智能开展短时临近天气预报、实时更新小尺度区域天气提升用户体验方面花了很大力气。Yandex.Weather制作天气预报的核心技术是深度学习神经网络Yandex.Meteum，其可以将搜集来的雷达图像及其他数据进行转化。当Yandex用户查看天气预报时，Yandex.Meteum会向Yandex.Weather应用程序界面发起请求，并将用户位置发送给它。Yandex.Weather开始搜集被请求区域的相关天气数据，并通过Yandex.Meteum将该用户习惯和所在地服务数据混合计算，计算出未来数小时内的天气情况，并将精确产品信息发送给用户。整个过程会在一秒之内完成。中国的“CLDASV2.0”产品为覆盖亚洲区域（0～65°N，60～160°E），0.062 5°×0.062 5°与1小时分辨率的等经纬度网格融合分析产品，包括大气驱动场产品、地表温度分析产品、土壤湿度产品、土壤温度分析产品和土壤相对湿度分析产品等5种产品。该数据集利用多种来源地面、卫星等观测资料，采用多重网格变分同化、最优插值、概率密度函数匹配、物理反演、地形校正等技术研制而成，在中国区域质量优于国际同类产品，且时空分辨率更高，实时产品实时更新发布，滞后1h。
4.4 人工智能氣象业务将逐步形成
人工智能经过60年的低谷和高峰的沉淀，已经逐步渗透到人们的生活，且逐步改变着人们的生活。阿尔法狗和李世石的围棋对战让人工智能的成果更加直接地呈现给人们。实际上，人工智能早已在气象领域得到应用，例如，智能天气信息推送、各种模式的专家系统、智能预报等等。气象领域涉及人工智能的智能控制、专家系统、巨量信息处理、储存与管理等多种应用领域。各国气象局都在积极提升气象业务的自动化程度，人工智能时代的气象业务将指日可待。
5 结语
人工智能在气象领域的应用已经起步，未来其应用将会不断加深。为了取得良好的预报服务效果，有效借助人工智能的数据质量控制、多灾种天气预警能力、产品制作以及决策服务能更好地进行分析，但天气气候系统是一个内部极其复杂的具有多个不稳定源的高阶非线性系统，其内部的相互作用也能导致随机性和复杂性，所以输入、输出、边界值、初始值、物理机制都不是确定的，人工智能需要更高阶的算法。但人工智能在气象领域的发展是不可阻挡的，是气象事业进阶的机遇，亦是人工智能技术进步的表现。
参考文献：
[1]毛杰，邹奕成.人工智能的发展现状及其难点问题分析[J].科教导刊（电子版），2016（8）：138.
[2]刘红霞.气象因子对华北落叶松生长量影响研究[D].保定：河北农业大学，2009.
[3]谢威.基于触觉信息的人机交互接触状态模式识别算法研究[D].武汉：武汉理工大学，2017.
[4]韩鑫强，薛蕾，王博.新一代天气雷达数据流重传机制设计与实现[J].气象科技进展，2018（1）：117-122.
[5]苏德中.多维度提升生活幸福指数“互联网+”[J].互联网经济，2015（4）：52-57.