文｜沈文海

未來技術(shù)與氣象信息化

文｜沈文海

一、引言：已現(xiàn)端倪的未來技術(shù)

一旦一個星球上誕生了生命，這顆星球上便必然會誕生技術(shù)。因為通過技術(shù)來擴大生命體的生理能力，對其生存而言是非常奏效的。技術(shù)使得生命體逐漸具備自身適應(yīng)并支配所處生態(tài)環(huán)境的能力，技術(shù)也使人類從蒙昧走向文明。人類幾千年的文明史、尤其是近代數(shù)次工業(yè)革命對人類社會進步所產(chǎn)生的巨大推動作用充分說明，技術(shù)進步是人類社會進步的火車頭。

沿著技術(shù)進步和人類社會發(fā)展的軌跡，科學(xué)家、人類學(xué)家、歷史學(xué)家、社會學(xué)家、哲學(xué)家以及不同的學(xué)者和流派之間會因之得出許多發(fā)人深思的結(jié)論，并配以大量的佐證。對于未來技術(shù)，未來學(xué)家們也已經(jīng)和正在做出一系列案例豐富、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)合理的展望和預(yù)判，有些令人興奮、有些令人驚嘆、有些令人困惑，還有一些則令人毛骨悚然甚至絕望。

筆者不敢忝列其中，只是出于對未來的好奇，希望通過對未來技術(shù)的了解和發(fā)展脈絡(luò)的掌握，探知可以預(yù)知的未來社會的大致輪廓，以及筆者所處行業(yè)——氣象部門——未來的大致情形。

可稱之為未來技術(shù)者浩如煙海，屬于未來信息技術(shù)者亦無法盡述。職業(yè)所限，筆者只能根據(jù)自己的視野以及對氣象部門工作特點的理解，在眾多未來信息技術(shù)中選擇極其有限的幾項，這些技術(shù)大部與氣象部門現(xiàn)行工作直接有關(guān)聯(lián)，且或最為人們所關(guān)注、或已呼之欲出、或雖幾經(jīng)沉浮卻被寄托著太多期望，或雖已大致成熟但卻尚未引起足夠關(guān)注；并試圖通過對這些技術(shù)的應(yīng)用分析，勾勒出筆者心目中氣象部門未來工作的大致輪廓。

為簡略計，下文中仍稱這些未來信息技術(shù)為“未來技術(shù)”。

二、人工智能和認(rèn)知計算

（一）人工智能

1. 概述

人工智能（Artificial Intelligence，英文縮寫AI），是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計算機科學(xué)的一個分支，它企圖研究人類智能活動的規(guī)律，了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機器，去完成以往需要人的智力才能勝任的工作；亦即：人工智能是一門研究如何應(yīng)用計算機的軟硬件來模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)的學(xué)科。該領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容包括：知識表示、自動推理和搜索方法、機器學(xué)習(xí)和知識獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計算機視覺、智能機器人、自動程序設(shè)計等方面；研究方法主要有：大腦模擬、符號處理、子符號法、統(tǒng)計學(xué)法、集成方法等；涉及到的學(xué)科除計算機科學(xué)外，還包括信息論、控制論、自動化、仿生學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、數(shù)理邏輯、語言學(xué)、醫(yī)學(xué)和哲學(xué)等多門學(xué)科，幾乎囊括了自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個領(lǐng)域。人工智能與思維科學(xué)的關(guān)系是實踐和理論的關(guān)系，它處于思維科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用層次，是思維科學(xué)的一個應(yīng)用分支。

人的思維活動有簡單和復(fù)雜之分，如：算術(shù)計算、學(xué)習(xí)、思考、規(guī)劃，乃至頓悟和創(chuàng)造等。20世紀(jì)40年代以前，繁重的科學(xué)和工程計算原本是需要由人腦來承擔(dān)的，那時研究由機器來完成這些復(fù)雜繁重科學(xué)計算的工作無疑屬于人工智能的范疇；如今電子計算機不但能夠完成這些計算，而且比人腦做得更快且更加準(zhǔn)確，因此當(dāng)代人已不再把這種計算看作是“需要人類智能才能完成的復(fù)雜任務(wù)”，亦即人工智能的范疇了。由此可見，隨著時代的變化，人工智能這門科學(xué)的具體目標(biāo)是在不斷發(fā)展著的，而且不斷轉(zhuǎn)向更有意義、更加困難的目標(biāo)。

就其本質(zhì)而言，人工智能是對人的思維的信息過程的模擬。而對于人的思維模擬可以有兩條道路分別進行，一是結(jié)構(gòu)模擬，仿照人腦的結(jié)構(gòu)機制，制造出“類人腦”的機器；二是功能模擬，暫時撇開人腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而對其功能過程進行模擬?，F(xiàn)代電子計算機的產(chǎn)生便是對人腦思維功能的模擬，是對人腦思維的信息獲取、存儲、處理和表達等全過程的模擬。

2. 分類

總體來講，對人工智能的定義大致可劃分為四種，即機器“像人一樣思考”、“像人一樣行動”、“理性地思考”和“理性地行動”（這里的“行動”應(yīng)廣義地理解為采取行動，或制定行動的決策，而不只限于肢體動作）。就類別而言，人工智能可分為“強”、“弱”兩大類：

強人工智能（BOTTOM-UPAI）：強人工智能觀點認(rèn)為有可能制造出真正能夠推理（REASONING）和解決問題（PROBLEM_ SOLVING）的智能機器，并且，這樣的機器能夠被認(rèn)為是有知覺、有自我意識的。強人工智能可再細(xì)分為兩類：（1）類人的人工智能，即機器的思考和推理就像人的思維一樣。（2）非類人的人工智能，即機器能夠產(chǎn)生與人完全不一樣的知覺和意識，使用和人類思考完全不一樣的推理方式。

弱人工智能（TOP-DOWNAI）：弱人工智能觀點認(rèn)為不可能制造出能夠真正地推理（REASONING）和解決問題（PROBLEM_ SOLVING）的智能機器，這些機器只不過看起來像是智能的，但是并不真正擁有智能，也不會有自主意識。

目前主流科研力量大部集中在弱人工智能上，并且一般認(rèn)為這一研究領(lǐng)域已經(jīng)取得可觀的成就。尤其是2008年經(jīng)濟危機后，美日歐希望借機器人等實現(xiàn)再工業(yè)化，工業(yè)機器人以比以往任何時候更快的速度發(fā)展，更加帶動了弱人工智能和相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的不斷突破，很多原先必須由人來完成的工作如今已經(jīng)能夠由機器人替代完成。而強人工智能的研究則處于停滯不前的狀態(tài)下，還需要科學(xué)家們和工程師們的努力。

3. 關(guān)于強人工智能的爭論

強人工智能的倡導(dǎo)者和擁躉者們認(rèn)為：“計算機不僅是用來研究人的思維的一種工具；相反，只要運行適當(dāng)?shù)某绦?，計算機本身就是有思維的?！奔热挥凶晕宜季S，就會因逐漸進化而產(chǎn)生自我意識。科學(xué)家們已經(jīng)證明，技術(shù)的進化速度遠(yuǎn)高于人類做為有機體生物自身的進化速度（包括思維能力）。依此推論，如果一切順利的話，強人工智能的發(fā)展終將面臨一個問題：是否最終會有一天，計算機的智力、思維和智慧將全面超過人類，從而發(fā)生機器人領(lǐng)導(dǎo)、支配和統(tǒng)治地球，而作為自然界生物的人類將居于被支配地位，即所謂“無機人最終替代有機人”的結(jié)局。對此，強人工智能的擁躉者深信不疑、欣然接受并熱情期待著，因為他們確信那時做為自然界生物的“人”可以通過對自己大腦的全景模擬，而將自己的思維和意識完全轉(zhuǎn)移到一臺電腦上，從而完成自己從“有機人”到“無機人”的轉(zhuǎn)換；而一旦完成了這種轉(zhuǎn)換，“你”便可以“永生”了——只要你經(jīng)常備份這臺電腦上的軟件和數(shù)據(jù)即可。在他們看來，死亡僅僅是因為做為有機生物的人的肉體在生理上的衰竭和潰敗?！澳恪敝詾椤澳恪?，除了肉體這副“皮囊”外，還有更重要的“思維”和“意識”（即所謂除了“硬件”之外，還有“軟件”）；正如換了一口假牙的“你”仍然是“你”，植了人造耳蝸、安裝了假肢、甚至移植了腎臟的“你”仍然是“你”一樣，作為人工智能科學(xué)家的他們認(rèn)為，做為“皮囊”的肉體并不真正重要，相比較而言，思維和意識（亦即所謂“軟件”）更能代表“你”之所以為“你”。因此只要軟件和數(shù)據(jù)仍在，“你”便永生。當(dāng)然，當(dāng)一個肉體的“你”與一個電子儀器的“你”相遇時，如何平復(fù)彼此心靈上的沖擊、協(xié)調(diào)彼此情感上的糾葛，當(dāng)電子儀器的“你”因體格強壯以及進化神速而在與肉體的“你”相處時逐漸占據(jù)上風(fēng)并最終開始支配肉體的“你”，以及當(dāng)電子儀器的“你”眼看著肉體的“你”因生理原因而逐漸衰老乃至死去時應(yīng)該是欣喜還是哀傷等這類社會學(xué)方面的問題，目前并不在這些擁躉者的研究視野中。

對人腦思維意識活動的全景模擬是否可行以及何時能夠基本實現(xiàn)，目前尚無定論。強人工智能派學(xué)者可以開列出一長串最新的科研成果，證明這一工作正在穩(wěn)步前進；并樂觀地預(yù)期最遲在21世紀(jì)末，這一目標(biāo)便可實現(xiàn)。當(dāng)然，對此也有堅定的反對和批判者，同樣也可以對那些科研成果的實質(zhì)逐一進行縝密的剖析，從而證明那些結(jié)論是不可能的。限于篇幅，不再敘述，亦不予評論。

需要指出的是，弱人工智能并非與強人工智能完全對立；亦即：即便強人工智能是可能的，弱人工智能仍然有意義——至少，今日的計算機能做的事，像算術(shù)運算等，在百多年前是被認(rèn)為很需要智能的。

在2016年3月AlphaGo與李世石的人機大戰(zhàn)中， AlphaGo在全世界的矚目下以4∶1的懸殊比分大勝李世石，使得長期被爭論和質(zhì)疑所包圍的強人工智能派科學(xué)家們額手相慶，張開雙臂仰天歡呼人工智能時代的到來、機器人革命的爆發(fā)，一些性急的科學(xué)家們甚至熱情地斷言：“十三年后，你可以選擇永生”。而“人工智能”也正在逐漸取代云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等，成為今年業(yè)界的“熱詞”。

(二)認(rèn)知計算

1. 定義和緣起

認(rèn)知計算是指模仿人類大腦的計算系統(tǒng)，它可以使計算機系統(tǒng)像人的大腦一樣學(xué)習(xí)、思考，并做出正確的決策，配合人類進行工作，解決一些人腦所不擅長解決的問題，而不僅僅是作為一個輔助的計算工具。它包含信息分析，自然語言處理和機器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域內(nèi)大量技術(shù)創(chuàng)新。

認(rèn)知科學(xué)源于20世紀(jì)50年代，興起并蓬勃發(fā)展于60年代至90年代。如今世界上已有60多所大學(xué)擁有認(rèn)知科學(xué)的相關(guān)課程?？傮w上，認(rèn)知科學(xué)是一門以現(xiàn)代科學(xué)的觀點，用科學(xué)的方法研究人的精神世界的學(xué)科；同時認(rèn)知科學(xué)也是一門包含了心理學(xué)、語言學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)、計算機科學(xué)，以及哲學(xué)、教育學(xué)、人類學(xué)等許多不同領(lǐng)域?qū)W科的、涉獵廣泛的綜合性學(xué)科。進入20世紀(jì)90年代后，研究人員開始使用“認(rèn)知計算”一詞，表明該學(xué)科開始進入實際驗證和應(yīng)用，同時表明該學(xué)科的實際工作是研究如何教會計算機像人腦一樣思考，而不僅僅是開發(fā)一種人工系統(tǒng)。傳統(tǒng)的計算技術(shù)是定量的，并著重于精度和序列等級，而認(rèn)知計算則試圖解決生物系統(tǒng)中的不精確、不確定和部分真實的問題，以實現(xiàn)不同程度的感知、記憶、學(xué)習(xí)、語言、思維和問題解決等過程。

2. 意義和作用

認(rèn)知計算對于未來人工智能、信息技術(shù)、認(rèn)知科學(xué)等領(lǐng)域均有著十分重要的影響。

據(jù)IBM的資料顯示，就計算而言，人類已經(jīng)歷了兩個時代，而所謂認(rèn)知計算是第三個計算時代，即：

第一個時代：制表時代（Tabulating Computing），始于19世紀(jì)，代表性工具是機械式計算器；進步標(biāo)志是能夠執(zhí)行詳細(xì)的人口普查和支持美國社會保障體系。

第二個時代：可編程計算時代（Programming Computing），興起于20世紀(jì)40年代并延續(xù)到現(xiàn)在，代表性工具是包括電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路等在內(nèi)的各代電子計算機；其支持的內(nèi)容包羅萬象，涉及到人類生活和工作的所有層面以及各個角落。

第三個時代：認(rèn)知計算時代（Cognitive Computing），發(fā)端于現(xiàn)在。

IBM認(rèn)為，認(rèn)知計算時代與前兩個時代有著根本性的差異，因為認(rèn)知系統(tǒng)自身會從與數(shù)據(jù)、與人的交互中進行學(xué)習(xí)，所以能夠不斷地自我提高。因此認(rèn)知系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會過時。它們只會隨著時間推移變得更加智能、更加出色、也更加寶貴。IBM認(rèn)為，認(rèn)知計算是計算史上最重大的理念革命。隨著時間推移，認(rèn)知技術(shù)可能會融入許多IT解決方案和人類設(shè)計的系統(tǒng)之中，賦予它們一種思考能力。這些新功能將支持個人和組織完成以前無法完成的事情，比如更深入地理解世界的運轉(zhuǎn)方式、預(yù)測行為的后果并制定更好的決策，等等。

IBM認(rèn)為，雖然認(rèn)知計算包括部分人工智能領(lǐng)域的諸多元素，但它涉及的范圍更廣。認(rèn)知計算不是要生產(chǎn)出代替人類進行思考的機器，而是要放大人類智能，幫助人類更好地思考。IBM還認(rèn)為，認(rèn)知計算與人工智能相比較，后者偏向于技術(shù)體系，而前者更偏向于最終的應(yīng)用形態(tài)。由于認(rèn)知計算的滲透，使得更多的產(chǎn)品與服務(wù)具備了智能，而認(rèn)知計算本身也是在向人腦致敬，所以雙方不僅不矛盾，反而是相輔相成的。

3. 能力和前景

據(jù)IBM的專家介紹，認(rèn)知計算的能力主要體現(xiàn)在四個層次：

第一個層次是輔助能力。認(rèn)知計算系統(tǒng)可以提供百科全書式的信息輔助和支撐，可以讓人類有效利用廣泛而專業(yè)的信息，成為各個領(lǐng)域的“資深專家”。如在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)生診斷一個疑難病癥往往需要花費很長時間，而如果借助認(rèn)知計算系統(tǒng)的幫助，時間將會大幅縮短。這在一些發(fā)展中國家中顯得尤為珍貴，因為這些國家醫(yī)療資源相對匱乏，每位醫(yī)生需要服務(wù)的患者與發(fā)達國家相比至少高出十倍。由于認(rèn)知計算系統(tǒng)強大的輔助能力，使得人類的工作在其幫助下可以更加高效。

第二個層次是理解能力。認(rèn)知計算系統(tǒng)能夠具有非凡的觀察和理解能力，可以幫助人類在紛繁信息中發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在的關(guān)聯(lián)和涌現(xiàn)的趨勢；面對海量的數(shù)據(jù)，雖然我們有搜索引擎及分析工具等相關(guān)技術(shù)，但目前很多時候并不能在有限時間內(nèi)如愿找到自己所需要的信息。而認(rèn)知計算系統(tǒng)可以更好地理解我們的需求，并為我們提供相應(yīng)的服務(wù)。

第三個層次是決策能力。認(rèn)知計算系統(tǒng)可以具備決策輔助能力。企業(yè)制定發(fā)展戰(zhàn)略，政府部門出臺政策措施，都需要匯集和分析大量的信息，然后進行決策。認(rèn)知計算系統(tǒng)可以根據(jù)既定規(guī)則，對所有信息進行全面的綜合分析，并依據(jù)政府的相關(guān)政策規(guī)定，形成數(shù)種解決方案，并依據(jù)其優(yōu)缺點順序向決策者推薦，供決策者選擇。

第四個層次是發(fā)現(xiàn)和洞察的能力，認(rèn)知計算系統(tǒng)可以通過分析處理大量數(shù)據(jù)和信息，幫助人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)前尚未或無法發(fā)現(xiàn)的新跡象、新機遇及新價值。如新藥品的發(fā)現(xiàn)等。

認(rèn)知計算無法回避人工智能，自然也就無法回避其對人工智能“強”“弱”兩派的選擇。從IBM將認(rèn)知計算定義為人類功能強大而又無限忠誠的輔助工具這一點來看，似乎是將認(rèn)知計算中的人工智能界定在最強版的弱人工智能以及最弱版的強人工智能之間，即：該人工智能設(shè)備具有一定的、受到嚴(yán)格控制并且永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)意外的思維和意識。

盡管可能會引起有關(guān)方面的不快，但筆者仍寧愿將認(rèn)知計算納入廣義的人工智能范疇。

（三）人工智能在氣象部門的前世今生以及未來

早在20世紀(jì)80年代，中國氣象局便著手開展了人工智能的應(yīng)用研究。1983年～1987年，90%左右的省級氣象臺和50%左右的地市級氣象臺都先后進行了氣象專家系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，內(nèi)容涉及暴雨、大風(fēng)、冰雹、霜凍等多種自然災(zāi)害的判識和預(yù)報。王耀生等于1984年設(shè)計完成的“長江中下游地區(qū)暴雨預(yù)報專家系統(tǒng)”，以其實用性、靈活性和多功能的特點受到歡迎，并推廣應(yīng)用到中央氣象臺及l(fā)7個省、市、自治區(qū)氣象臺（研究所），取得了一定效果。該系統(tǒng)的特點之一是以和諧性和完備性作為機器學(xué)習(xí)的兩個基本原則，在資深氣象專家指導(dǎo)下，通過知識變換、運用歸納、類比算法，自動生成推理原則，使系統(tǒng)具備了一定的自學(xué)習(xí)功能。此外，北京市、陜西、湖北等省級氣象局以及中科院大氣物理研究所等單位在此前后也分別獨立開發(fā)了各自的氣象預(yù)報專家系統(tǒng)。

與此同時，氣象部門還就專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（EANN）在預(yù)報業(yè)務(wù)中的實際應(yīng)用進行了一定的試驗，專家們運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的自適應(yīng)性及容錯等功能和特性，彌補了專家系統(tǒng)（ES）在這方面的不足，彼此取長補短，較為有效地提高了災(zāi)害性預(yù)報的成功率。

進入上世紀(jì)九十年代，氣象部門的有關(guān)專家將研究領(lǐng)域逐漸聚焦在具體氣象災(zāi)害類別的機器學(xué)習(xí)以及計算機仿真方面，并開始關(guān)注一些重要的基礎(chǔ)性工作，如：槽、脊、鋒面、高低壓中心、臺風(fēng)云系等基本氣象形態(tài)的機器自動識別等。也正是由于這些基礎(chǔ)性工作在此后較長時間內(nèi)進展的遲緩，使得進入二十一世紀(jì)后的頭十年，人工智能在氣象部門的實際應(yīng)用雖有所成就，但總體上乏善可陳。

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，一些互聯(lián)網(wǎng)公司開始嘗試運用人工智能技術(shù)提供短時精準(zhǔn)的氣象服務(wù)，較為出色的有“墨跡天氣”和“彩云天氣”等；其中，2014年由北京彩徹區(qū)明科技有限公司推出的APP“彩云天氣”，通過對天氣雷達實時回波圖、地面天氣觀測實況、衛(wèi)星遙感云圖以及數(shù)值天氣預(yù)報產(chǎn)品等數(shù)據(jù)資料的圖像識別、系統(tǒng)外推以及機器學(xué)習(xí)等，并結(jié)合相關(guān)地理信息（如高德地圖等），使得該公司的1小時內(nèi)降水預(yù)報的準(zhǔn)確率達到90%甚至更高，落區(qū)則精確到每一條街道，有效彌補了目前短時臨近天氣預(yù)報在分鐘級預(yù)報方面的空缺?！澳E天氣”也有類似的上佳表現(xiàn)。令人稱奇的是，如同DeepMind開發(fā)團隊中沒有幾個懂圍棋，而他們開發(fā)的AlphaGo卻戰(zhàn)勝了世界頂級圍棋棋手一樣，“彩云天氣”的開發(fā)者中，真正氣象專業(yè)出身者也寥寥無幾，而且該公司預(yù)報所用數(shù)據(jù)皆為氣象業(yè)務(wù)部門日常所用數(shù)據(jù)，預(yù)報處理所用計算資源也十分有限，目前的系統(tǒng)也并未將天氣動力學(xué)等經(jīng)典理論和算法納入其中，而是將該系統(tǒng)視為一個“黑盒子”，不斷地通過輸入數(shù)據(jù)資料對其進行訓(xùn)練，以逐步提高其短時降水預(yù)報的準(zhǔn)確性，如此而已。人工智能的效力以及它在氣象領(lǐng)域應(yīng)用空間之廣闊，由此可見一斑。

人工智能究竟適用于氣象行業(yè)的哪些具體領(lǐng)域，目前眾說紛紜、莫衷一是；而其最值得也是最為人們所期待的應(yīng)用領(lǐng)域，無疑當(dāng)屬天氣預(yù)報和氣候預(yù)測。

首先使用診斷儀進入奧迪車系，然后選擇特殊功能，選擇蓄電池匹配，根據(jù)提示進行長編碼即可。注意：在長編碼設(shè)置程序中，將需要發(fā)送以下三個蓄電池參數(shù)：

就天氣預(yù)報而言，興于1970s年代、勃于1980s～1990s年代的，以專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為代表的人工智能的實際應(yīng)用，是基于經(jīng)典天氣學(xué)理論、從而有著深厚的理論基礎(chǔ)的應(yīng)用路徑。而發(fā)軔于2010s年代、以“墨跡天氣”、“彩云天氣”為代表的人工智能應(yīng)用，則是基于大數(shù)據(jù)理論的、與經(jīng)典氣象學(xué)理論沒有直接關(guān)聯(lián)，純粹以機器學(xué)習(xí)為主業(yè)的實際應(yīng)用。雖然后者秉承的是“不是隨機樣本，而是全體數(shù)據(jù)”、“不是因果關(guān)系，而是相關(guān)關(guān)系”等當(dāng)前“大數(shù)據(jù)”的理念，對其做出的預(yù)報結(jié)果難以提供基于理論體系的、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)性闡釋，但實際的預(yù)報效果卻令人不得不點頭稱是。老一輩氣象工作者曾歸納出天氣預(yù)報員在做出預(yù)報之前必須回答的三個“發(fā)生什么”和“為什么”的傳統(tǒng)，即：過去曾經(jīng)發(fā)生了什么？為什么？現(xiàn)在正在發(fā)生什么？為什么？將來將要發(fā)生什么？為什么？“墨跡天氣”、“彩云天氣”的出現(xiàn)和實際效果，在某些人看來，多少有些對這一傳統(tǒng)的顛覆。

使人工智能機器具備較好地預(yù)報預(yù)測能力的有效方法，是機器學(xué)習(xí)。而機器學(xué)習(xí)的前提是必須首先擁有完備的足以將機器的相關(guān)能力訓(xùn)練到一定水平的充足的數(shù)據(jù)。在這方面，氣候領(lǐng)域比天氣領(lǐng)域遜色太多，長時間序列、具有一定時空密度、可較真實反映總體和局地氣候特征的數(shù)據(jù)資料鳳毛麟角，屈指可數(shù)。氣候工作一直在十分有限的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上艱難地開展，乃至于研制氣候數(shù)據(jù)集這一工作本身就是十分重要的氣候業(yè)務(wù)和科研工作。就機器學(xué)習(xí)而言，現(xiàn)有的氣候代用資料，因其對氣候要素描述以及時空跨度的粗糙，能否直接勝任對機器的有效訓(xùn)練，是否需要進一步的加工處理，需要認(rèn)真分析檢驗。總之，建立長時間序列、高時空密度的氣候數(shù)據(jù)產(chǎn)品序列，既是氣候業(yè)務(wù)工作的基礎(chǔ)，更是幾代氣候工作者的夙愿；同時也是人工智能應(yīng)用于氣候預(yù)測業(yè)務(wù)的前提。在這方面，我們還有很長的路要走。

除此以外，一些專家認(rèn)為：人工智能將在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、天氣預(yù)報自動預(yù)測系統(tǒng)和天氣新聞自動撰寫發(fā)布系統(tǒng)等將在氣象領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。從近年來發(fā)表的成果看，這些成果大都已瓜熟蒂落、水到渠成（雖然在前不久，這些系統(tǒng)的一些貢獻者尚未意識到本項工作與人工智能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)）。我們不必受限于專家們的視野，事實上，凡計算機能夠觸及到的領(lǐng)域，人工智能便有可能在此落地生根；即便是需要機器學(xué)習(xí)的領(lǐng)域，只要該領(lǐng)域相關(guān)的數(shù)據(jù)基本完備和相對充足，便有可能是人工智能應(yīng)用的理想場所。在這方面，筆者實在不愿因自己局促狹小的視野而限制了讀者遼闊的想像空間

——還是讓大家自己去想像吧。

三、量子計算機

（一）艱深的量子力學(xué)原理

有關(guān)量子力學(xué)的經(jīng)典及科普專著汗牛充棟，量子計算機的書籍也難以勝數(shù)，但量子計算機的工作原理就如愛因斯坦的廣義相對論以及斯蒂文·霍金的弦理論一般，以經(jīng)典的牛頓物理學(xué)（尤其是經(jīng)典計算機學(xué)科）常識，很難以有限的文字將量子計算機的工作原理清晰地概述出來，并為大多數(shù)不諳此道的讀者所理解和接受。因此，筆者不打算就此徒耗筆墨和精力?？傊?，一般地說：

1. 目前常規(guī)意義上的以半導(dǎo)體為核心器件的電子計算機，是通過控制集成電路來記錄和運算信息的，而量子計算機則試圖通過控制原子或小分子的狀態(tài)，來記錄和運算信息的。

2. 量子計算最本質(zhì)的特征為量子的疊加性和量子的相干性。不像半導(dǎo)體只能記錄0與1，量子可以同時表示多種狀態(tài)（即“疊加分量”）；于是，量子的一次運算即可對所有這些疊加分量實現(xiàn)變換（即“運算”），而其中對每一個疊加分量的變換（“運算”）皆相當(dāng)于一種經(jīng)典計算，所有這些經(jīng)典計算在一次量子運算中同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算機的輸出結(jié)果。

量子計算之所以高速，利用的主要是量子系統(tǒng)可以同時處理無窮多量子態(tài)的原理，而目前的電子計算機的運算速度是由時鐘頻率的高低決定的。所以，量子計算是一種最徹底的并行計算，它的并行計算發(fā)生在比特內(nèi)部（量子比特，qubit）；而目前我們所使用的電子計算機，其并行計算都只是發(fā)生在處理器之間。這是兩者最本質(zhì)的差異，也是眾多量子計算機專家所堅信的量子計算機將能夠以指數(shù)等級的差異快于電子計算機的主要原因。

目前世界上還沒有真正意義上的量子計算機，原因是實現(xiàn)對微觀量子態(tài)的操縱十分困難，目前世界各地許多實驗室陸續(xù)發(fā)布了相應(yīng)的研究成果及相關(guān)技術(shù)，如：原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導(dǎo)量子干涉等。加拿大D-Wave公司一直致力于量子計算機的研究工作，近年來推出的D-Wave 1X、D-Wave 2X，以及最近宣布的將于明年（2017年）推出一款能夠處理約2000個量子比特的新型量子芯片，給近年來略顯沉悶的量子計算機界刮進了一股春風(fēng)。

（二）量子計算機的發(fā)展?fàn)顟B(tài)

基于量子計算機具有巨大應(yīng)用前景和市場潛力等方面的考量，一些發(fā)達國家政府和公司于本世紀(jì)初先后制定了一系列針對量子計算的研發(fā)計劃。

量子計算機首先受到美國軍方的高度重視：美國的D A R PA（高級研究計劃局）制定了一個名為“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”的研究計劃，并于2004 年4 月2 日發(fā)表了2.0 版。該計劃詳細(xì)介紹了美國發(fā)展量子計算的主要步驟和時間表，其目標(biāo)就是在2012年前開發(fā)出各種復(fù)雜的量子技術(shù)，以滿足各種算法的需求。通過這些研究，美國爭取在2007 年研制成10 個物理量子位的計算機，在2012 年研制成50 個物理量子位的計算機。美國陸軍則計劃到2020 年裝備量子計算機。此外，美國一些科學(xué)和國防機構(gòu)也制定了詳細(xì)的相關(guān)計劃。如國家安全局的ARDA5（Advanced Research and Development Activity）計劃、NSF 的Quantum and Biologically Inspired Computing（QuBIC）計劃、美國宇航局JPL的Quantum Computing Technology Group 計劃和NIST Physics Laboratory, Quantum Information 計劃等。

歐洲也在積極研究開發(fā)量子計算及量子加密。在已經(jīng)完成的第五個框架計劃（5 t h framework project）中，歐洲委員會耗資248 萬歐元完成了對不同量子系統(tǒng)（如原子、離子和諧振）的離散和糾纏的研究；耗資117 萬歐元完成了對量子算法及信息處理的研究。在第六個框架計劃（6th framework project）中，歐洲委員會對于量子算法和加密等技術(shù)著重進行研究，其子計劃——基于量子加密的安全通訊全局網(wǎng)絡(luò)開發(fā)計劃，耗資1471 萬歐元，預(yù)期到2008 年研制成功高可靠、遠(yuǎn)距離量子數(shù)據(jù)加密技術(shù)。

日本早在2000 年10 月就開始了為期5年的量子計算與信息計劃（quantum computation and information project），重點研究量子計算和量子通訊的復(fù)雜性、設(shè)計新的量子算法、開發(fā)健壯的量子電路、找出量子自控的有用特性以及開發(fā)量子計算模擬器。

我國科學(xué)家也在積極開展這方面的研究工作，《自然》雜志2004 年發(fā)表了中國科技大學(xué)潘建偉教授等完成的重大研究成果：五粒子糾纏態(tài)以及終端開放的量子態(tài)隱性傳輸?shù)脑囼灚@得成功，在國際上首次取得五粒子糾纏態(tài)的制備與操縱，在世界上率先實現(xiàn)了五個粒子的量子互動傳輸。

目前，量子計算機的研發(fā)主要涉及量子編碼、量子算法和量子硬件三項核心技術(shù)。限于篇幅，不予敘述。

量子計算機之所以高速，是因為充分利用了量子的疊加性和相干性等特性，并以此實現(xiàn)量子比特級的并行轉(zhuǎn)換（運算）。然而也正由于此，量子計算并行效率的發(fā)揮并非在所有領(lǐng)域都可以輕松實現(xiàn)。事實上，目前學(xué)界公認(rèn)，即便量子計算機目前能夠量產(chǎn)并投入市場，其神奇的高速運算特性也只是在個別領(lǐng)域才有可能較為便捷地予以使用和發(fā)揮，原因在于量子算法實現(xiàn)的極端困難。目前只有少數(shù)幾個算法能夠較為充分地利用了量子計算機的量子特性，從而達到比經(jīng)典電子計算機處理更快的實際效果，如大數(shù)質(zhì)因子分解算法，及其用于破譯RSA公鑰體系密碼等應(yīng)用。在一般的民用領(lǐng)域，量子計算機的神奇高速特性目前則較難展現(xiàn)。此外，量子硬件技術(shù)實現(xiàn)的困難也使得真正意義上的量子計算機遲遲無法問世，以至于據(jù)說2012年諾貝爾物理得主，專門從事量子信息研究的法國科學(xué)家Haroche在其諾貝爾獲獎演講辭中就此感慨道：量子計算機看起來是一個烏托邦。

也許由于研究成果及進展速度不如預(yù)期，進入2010s年代后，各國政府（中國除外）對于量子計算機的重視程度有所下降，這主要體現(xiàn)在政府支持經(jīng)費的額度以及項目安排的力度等方面。

D-Wave公司是目前少有的幾個專門研制并實際推出量子計算機的公司，據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，該公司所生產(chǎn)的量子計算機選擇量子絕熱演化算法做為其核心技術(shù)，只有一般的量子隧道效應(yīng)，而缺少量子相干性和糾纏性這兩個學(xué)術(shù)界定義的量子計算機所必須具備的基本特征，因而在學(xué)術(shù)界頗被詬病，一些學(xué)者甚至認(rèn)為該公司目前推出的產(chǎn)品不能稱其為量子計算機，最多是一個有量子效應(yīng)的計算機而已。然而無論如何，這畢竟是目前唯一的采用量子理論（至少部分采用）而構(gòu)成的、且可以被使用的計算機；只是其綜合計算峰值是否真如谷歌所描述的那樣令人瞠目結(jié)舌，尚不明了。

（三）前景：夢想還是烏托邦

對以數(shù)值模擬做為學(xué)科研究和業(yè)務(wù)工作最為重要的手段之一的現(xiàn)代氣象學(xué)科而言，高性能計算是其不可或缺的基礎(chǔ)性資源，也是始終困擾學(xué)科及業(yè)務(wù)發(fā)展的稀缺性資源。量子計算機如果能夠正式面世并適用于以大規(guī)模緊耦合數(shù)值積分為基本特征的氣象數(shù)值模式運算，那將是氣象學(xué)科的莫大幸事，因為這將徹底解決氣象數(shù)值預(yù)報發(fā)展進程中的高性能計算資源短缺問題，使得氣象數(shù)值模式的時空分辨率可按需自由調(diào)整，各種極耗計算資源的算法可以不必再被參數(shù)化所替代，各種具有行業(yè)、屬地以及專業(yè)特征的專業(yè)化數(shù)值模式可以因之而發(fā)展，不必受到計算資源短缺的限制，從而使得數(shù)值預(yù)報更加精準(zhǔn)、及時以及更具專業(yè)化和特色化，進而推動氣象服務(wù)在各行各業(yè)的泛在、深入、專業(yè)化、精細(xì)化和個性化，促進氣象學(xué)科的穩(wěn)步發(fā)展。

然而就目前情況看，要達到上述目標(biāo)，還有很長的路要走。

首先，真正意義上的量子計算機何時面世，尚不知曉。前文已述，D-Wave推出的量子計算機并不完全具備經(jīng)典意義上量子計算機的基本特征，其科學(xué)計算經(jīng)典測試綜合峰值尚不得知，且業(yè)界對其頗有微詞。事實上，真正意義上的可用于普適計算的量子計算機目前并未問世，其研制進度因各種技術(shù)原因而一再延宕，一些悲觀人士甚至預(yù)言，它的問世可能需要數(shù)十年甚至近百年的時間。

其次，適用于數(shù)值積分的量子算法何時形成以及其效率如何。以量子算法論，量子計算機的神奇速度緣于量子比特的疊加、相干以及糾纏等特性。如何將數(shù)值積分的初值和邊界值與量子比特的這些特性有機結(jié)合，并與積分步長同步，使得其并行運算（轉(zhuǎn)換）的特性得以充分發(fā)揮，這是一個令人望而卻步的世界性難題。而如果算法問題不予徹底解決，那么量子計算機的特性就無法在運算氣象數(shù)值預(yù)報中充分發(fā)揮出來，從而使得在這一領(lǐng)域量子計算機與普通的電子計算機并無本質(zhì)差別。

除量子計算外，目前尚在實驗室里的新計算技術(shù)還有光子計算、分子計算、立體晶體計算以及納米碳管計算等，然而據(jù)專家評估，這些技術(shù)較之量子計算而言，其成熟度更低。

綜上所述，以筆者觀察，通過量子計算機為代表的新型計算資源的普及和應(yīng)用，徹底解決氣象數(shù)值模式領(lǐng)域的高性能計算資源短缺問題，這一愿望在十年內(nèi)很難實現(xiàn)。因此未來很長一段時間，氣象部門數(shù)值模式的主要計算資源，仍將是目前的電子計算機。

四、虛擬/增強現(xiàn)實（VR/AR）

（一）虛擬現(xiàn)實（VR）

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，英文縮寫VR）技術(shù)，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、無限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行復(fù)雜的運算，將精確的3D世界影像回傳給使用者，使其產(chǎn)生逼真的臨場感，把人的意識代入到一個虛擬的世界。

虛擬現(xiàn)實是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入輸出技術(shù)等。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)、軍事航天、工業(yè)仿真、船舶制造、軌道交通設(shè)計、道路橋梁規(guī)劃、生物力學(xué)、地理景象再現(xiàn)、水文地質(zhì)模型模擬展現(xiàn)、文物古跡仿真展示、室內(nèi)設(shè)計、應(yīng)急推演、教育培訓(xùn)、核心設(shè)備或系統(tǒng)維修預(yù)演、房產(chǎn)開發(fā)、Web3D以及娛樂游戲等領(lǐng)域均有廣泛深入的應(yīng)用。

（二）增強現(xiàn)實（AR）

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，英文縮寫AR），是通過計算機系統(tǒng)提供的信息增加使用者對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)。該技術(shù)將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實場景中，將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成，把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息（視覺、聲音、味道、觸覺等）通過電腦等科學(xué)技術(shù)模擬仿真后再精確疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界中，并被人類感官所感知，以達到超越現(xiàn)實的感官體驗，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強。

增強現(xiàn)實技術(shù)包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術(shù)與新手段。增強現(xiàn)實提供了在一般情況下，不同于人類可以感知的信息。一個完整的AR系統(tǒng)應(yīng)具有三個突出特點：①真實世界和虛擬世界的信息集成；②具有實時交互性；③在三維尺度空間中增添定位虛擬物體。

增強現(xiàn)實技術(shù)可廣泛應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、市政建設(shè)規(guī)劃、古跡復(fù)原和數(shù)字化文化遺產(chǎn)保護、工業(yè)維修、網(wǎng)絡(luò)視頻通訊、教育、工程、旅游、影視、娛樂等領(lǐng)域。

（三）展開暢想的翅膀

身臨其境地體驗颶風(fēng)、洪水、暴雨、大旱、沙暴和霧霾等天氣和氣候現(xiàn)象，而自身又不會遇到任何真實危險、受到任何傷害，這種方法對于提升公眾對氣候問題及氣象災(zāi)害的重視程度，遠(yuǎn)比閱讀千篇一律的文字和冰冷枯燥的統(tǒng)計數(shù)據(jù)印象深、效果好。因此至少在目前，VR/AR技術(shù)對于氣象產(chǎn)品的形象化展示和服務(wù)效果的最大化，是極有幫助的。國外在這方面已有一定的嘗試。

而對于數(shù)值模式產(chǎn)品的四維時空模擬，使得氣象要素隨著時間的變化更加直觀、形象和生動，也使得分析工作更加準(zhǔn)確、有效甚至有趣，這一點就連最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臍庀髮W(xué)者都頷首稱是。事實上，早在上世紀(jì)90年代，美國NCAR等氣象部門便著手利用VIS5D來模擬數(shù)值預(yù)報的輸出結(jié)果，令人印象深刻。與此基本同步，我國氣象部門的一些單位也開始了引進、應(yīng)用類似VIS5D等模擬軟件的工作。遺憾的是，據(jù)筆者觀察，此類工作多屬個人行為，有組織、成規(guī)模、出成果、效果好的四維時空模擬工作尚未真正開展起來，以至于至今即便在十分重要的公眾媒體上的氣象服務(wù)節(jié)目，其產(chǎn)品的展示方式大都仍是二維圖形圖像配以少量的動畫修飾，累年不變。隨著時代發(fā)展的日新月異，這種方式是否始終為廣大公眾所喜聞樂見，值得探討。

事實上，無論是地面和海洋觀測、雷達探測和衛(wèi)星遙感觀測等氣象實況，無論是天氣預(yù)報、氣候預(yù)測、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)以及災(zāi)害性天氣預(yù)報等，與地理信息、相關(guān)社會信息等相融合的增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實的模擬和渲染，對于社會公眾而言，其效果都遠(yuǎn)勝于文字和數(shù)據(jù)。要想使氣象服務(wù)更加普及深入，服務(wù)效果更加出色、精彩和有效，VR和AR的有效應(yīng)用是無法回避的。

五、其它

（一）區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈（Blockchain）是一種分布式賬本技術(shù)，它能夠讓網(wǎng)絡(luò)上的任何人安全的進行交易結(jié)算，并且低成本的實現(xiàn)資產(chǎn)的傳輸。該技術(shù)的核心是一個建立在共識模式之上的共享數(shù)據(jù)庫群，該數(shù)據(jù)庫群的構(gòu)成中沒有不必要的中間環(huán)節(jié)，因此效率很高。若要在該共享數(shù)據(jù)庫群中添加新的數(shù)據(jù)庫，則必須獲得一定數(shù)量的運行區(qū)塊鏈軟件的節(jié)點的認(rèn)可，也就是達成共識。一旦共識達成，這個新的數(shù)據(jù)庫就升級成為一個交易“區(qū)塊”，系統(tǒng)內(nèi)其它計算機都可以看見它并使用它。這個新數(shù)據(jù)庫通過密碼與系統(tǒng)中原有的區(qū)塊相“鏈接”，因此該技術(shù)名曰“區(qū)塊鏈”。

區(qū)塊鏈源于比特幣交易的技術(shù)實現(xiàn)，其概念由日本學(xué)者中本聰（Satoshi Nakamoto）于2008年末在比特幣論壇中的論文《Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System》中首次提出。中本聰認(rèn)為：第一，借助第三方機構(gòu)來處理信息的模式存在點與點之間缺乏信任的內(nèi)生弱點，商家為了提防自己的客戶，會向客戶索取完全不必要的信息，但仍然不能完全避免一定的欺詐行為；第二，中介機構(gòu)的存在，增加了交易成本，限制了實際可行的最小交易規(guī)模；第三，數(shù)字簽名本身能夠解決電子貨幣身份問題，如果還需要第三方支持才能防止雙重消費，則交易系統(tǒng)將失去價值?；谝陨先c現(xiàn)存的問題，中本聰提出了上述區(qū)塊鏈技術(shù)，并建議在其基礎(chǔ)上創(chuàng)建比特幣及交易系統(tǒng)。

2015年起，全球多家頂級商業(yè)銀行投行等紛紛表示布局區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈技術(shù)被推到了風(fēng)口浪尖，各大布局新科技的企業(yè)也紛紛宣布了基于區(qū)塊鏈的研究。區(qū)塊鏈技術(shù)能夠建立自動執(zhí)行的智能合約的能力已經(jīng)被證實有助于證券交易和房屋交易。歐盟最高證券監(jiān)督機構(gòu)——歐洲證券與市場管理局（ESMA）的執(zhí)行理事維蕾娜·羅斯（Verena Ross）說：“經(jīng)過調(diào)查研究，我們發(fā)現(xiàn)這項（區(qū)塊鏈）技術(shù)對以下四個領(lǐng)域最能產(chǎn)生巨大影響：清算結(jié)算、擔(dān)保管理、所有權(quán)記錄、證券服務(wù)。它通過為所有參與者提供一個獨特的參考數(shù)據(jù)庫、即時往來調(diào)節(jié)表、一成不變的共享記錄和透明的實時數(shù)據(jù)來實現(xiàn)這一點。”

2016年1月19日，英國政府辦公室發(fā)布由政府首席科學(xué)顧問馬克·沃爾波特（Mark Walport）牽頭完成的報告——《分布式賬本技術(shù)：超越區(qū)塊鏈》，強調(diào)分布式賬本技術(shù)可以實現(xiàn)完全透明的信息更新與共享，減少欺詐、腐敗，降低錯誤率和用紙成本，提升效率，并重新定義政府與公民在數(shù)據(jù)共享、透明性和信任方面的關(guān)系。

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的最核心的內(nèi)容就是防偽記錄的去中心化。如果一個多方參與的機構(gòu)，且彼此之間沒有信任基礎(chǔ)，那么區(qū)塊鏈技術(shù)是一個大家都可以充分信任的數(shù)據(jù)交易技術(shù)基礎(chǔ)。然而，如果交易過程的中心化不可撼動，那么區(qū)塊鏈的確沒有實際應(yīng)用的必要。

也許在未來氣象數(shù)據(jù)參與全社會大數(shù)據(jù)交換及交易的各種活動中，區(qū)塊鏈能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用來。

（二）移動互聯(lián)

對大多數(shù)人而言，移動互聯(lián)早已耳熟能詳，其相關(guān)技術(shù)也大抵上如數(shù)家珍，此處不再贅述。之所以將其忝列于此，是因為在筆者看來，該項技術(shù)的意義及其在氣象部門的應(yīng)用尚未真正受到有關(guān)部門（包括職能部門）的重視。不少應(yīng)用的領(lǐng)域尚未真正展開，應(yīng)用效果也相對有限。

2000年之后，尤其是2007年蘋果公司陸續(xù)推出iPhone、iPad之后，互聯(lián)網(wǎng)已從桌面逐漸走向移動，這是身處現(xiàn)代社會的所有人的親身體驗。這場始于消費層級的技術(shù)革命正在逐步向生產(chǎn)層級滲透，這是移動互聯(lián)網(wǎng)有別于桌面互聯(lián)網(wǎng)的特點之一。據(jù)專家分析，移動互聯(lián)網(wǎng)在消費層級的興起已經(jīng)部分重構(gòu)了社會，而其在向生產(chǎn)層級的再平衡將徹底重構(gòu)整個社會，這主要體現(xiàn)在對個人生活方式、企業(yè)管理的影響，以及推動整合經(jīng)濟和社會結(jié)構(gòu)及組織形式的深刻變化等幾個方面。限于篇幅，不予展開敘述。總之，依照馬化騰的觀點，“移動互聯(lián)網(wǎng)才是真正的互聯(lián)網(wǎng)”，筆者頗以為然。

移動互聯(lián)網(wǎng)在任何時間、任何地點的可連接，及其與物聯(lián)網(wǎng)的充分融合，創(chuàng)造了新的生產(chǎn)條件，并激發(fā)出無數(shù)新的生產(chǎn)模式，正在解放著人們的腦力勞動和體力勞動。這可從可口可樂走訪客戶系統(tǒng)、中航信航旅縱橫系統(tǒng)、滴滴打車系統(tǒng)、前一階段因谷歌高調(diào)宣示而導(dǎo)致研家蜂起的自動駕車系統(tǒng)等無數(shù)身邊信手拈來的案例中得到印證。大量繁瑣的、耗費大量體能及在惡劣環(huán)境下作業(yè)的勞動正在被一一替代。此外，由于移動互聯(lián)網(wǎng)的有效運用，許多崗位上的職工得以能夠自由決定勞動的時間和地點，移動辦公、移動會議等工作形式使得許多勞動者隨時隨地處于可接入工作狀態(tài)，集中化的大生產(chǎn)模式正在被逐漸打破；彈性工作制使得勞動者獲得了自由和尊重，也不同程度地提高了工作效率和效能。

技術(shù)的變革必然導(dǎo)致管理的變革，由于移動互聯(lián)網(wǎng)的特性，企業(yè)內(nèi)部高層與底層之間的信息溝通渠道愈發(fā)暢通，削減中間環(huán)節(jié)，使組織結(jié)構(gòu)更加簡潔高效、反應(yīng)靈敏的扁平化改造趨勢將愈發(fā)強烈，動因更加充足；華為技術(shù)有限公司總裁任正非的“讓聽得見炮火的人指揮炮火”的名言，從一個側(cè)面反映出移動互聯(lián)網(wǎng)時代企業(yè)組織結(jié)構(gòu)重建的總體趨勢。

就氣象部門而言，據(jù)筆者觀察，移動互聯(lián)網(wǎng)的這些作用和特性，在氣象部門工作中的幾乎方面皆能找到相應(yīng)的應(yīng)用：地面加密觀測的可移動化、預(yù)報預(yù)測業(yè)務(wù)的可移動化、人工影響天氣指揮作業(yè)的可移動化、視頻會商組織及信息接入的可移動化、氣象災(zāi)害現(xiàn)場信息采集的可移動化、應(yīng)急災(zāi)備物資調(diào)配指揮的可移動化、職能部門公文審批和流轉(zhuǎn)的可移動化、服務(wù)對象信息采集的可移動化、數(shù)十萬氣象信息員工作管理和績效考核的可移動化——甚至于職工業(yè)務(wù)培訓(xùn)課程的可移動化以及氣象文化宣傳方式的可移動化等，移動互聯(lián)網(wǎng)幾乎可以滲透到氣象業(yè)務(wù)、科研和管理的各個領(lǐng)域和角落。而以上這些移動化應(yīng)用的實現(xiàn)（哪怕只實現(xiàn)其中的一部分），將會給氣象工作帶來何等令人驚奇的變化，是所有熟稔氣象部門工作的人們可以想見得到的。

業(yè)界普遍認(rèn)為，企業(yè)移動信息化程度的高低，在很大程度上反映了該企業(yè)IT部門的能力和水平，氣象部門也概莫能外——至少筆者這樣認(rèn)為。移動化應(yīng)用應(yīng)當(dāng)成為氣象信息化戰(zhàn)略中的一個重要內(nèi)容，并納入到氣象IT部門的重要工作日程。

六、未來技術(shù)背景下的氣象信息化

（一）融入未來技術(shù)的氣象業(yè)務(wù)

雖然我們并不清楚上述這些未來信息技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于社會乃至氣象部門的確切時間，但有一點可以肯定，即：較之目前而言，由于氣象信息化的持續(xù)推動，那時的氣象業(yè)務(wù)一定已經(jīng)達到了這樣一個水平：氣象要素的實況感知更加敏銳全面、天氣預(yù)報和氣候預(yù)測更加精準(zhǔn)、氣象服務(wù)將更加廣泛深入地滲透到各個領(lǐng)域，等等。

那時的天氣預(yù)報和氣候預(yù)測業(yè)務(wù)以及相應(yīng)的學(xué)科研究，會因為人工智能的有效應(yīng)用而大為改善，由機器學(xué)習(xí)訓(xùn)練出來的預(yù)報系統(tǒng)將能夠做出比現(xiàn)在更為精準(zhǔn)的預(yù)報和預(yù)測，并能夠在適當(dāng)?shù)碾A段歸納出一些新的尚未被發(fā)現(xiàn)的規(guī)律和特征，供科學(xué)家及高級人工智能系統(tǒng)提煉總結(jié)并形成新的理論和方法，從而指導(dǎo)預(yù)報預(yù)測業(yè)務(wù)和學(xué)科研究的進一步開展。

那時的基礎(chǔ)性資源——尤其是高性能計算資源——將由于以量子計算機為代表的新型IT基礎(chǔ)資源在氣象數(shù)值預(yù)報領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，而由稀缺變?yōu)榛緷M足甚至較為充裕。各種尺度、各種分辨率、各種主題和專業(yè)化的數(shù)值模式的研究和業(yè)務(wù)運行將不再因資源短缺和受到限制；數(shù)值模式的研制速度、預(yù)報質(zhì)量和應(yīng)用水平都將較之現(xiàn)在顯著提高。

那時的預(yù)報和服務(wù)產(chǎn)品，將由于有效采用了VR和AR技術(shù)而較之目前更加形象生動、更加逼真、更加使受眾具有身臨其境感并因而更加易于被大眾和服務(wù)對象接受和了解，也由于廣泛提供了優(yōu)質(zhì)的個性化服務(wù)而更加貼近每一個服務(wù)對象的實際需求。

那時氣象部門的各項業(yè)務(wù)、科研和管理工作，將由于移動互聯(lián)等信息技術(shù)的廣泛有效應(yīng)用而變得更加靈活、更加敏捷、更加柔性化，效率和效能也更高。集中辦公和會場會議將不再是唯一的工作模式，人們將能夠在任何場合利用碎片化的時間處理許多目前只能在辦公室才能處理的業(yè)務(wù)和管理等工作，遙遠(yuǎn)的距離和不規(guī)范的場合將不再是業(yè)務(wù)和科研交流的障礙，工作效率將因之大幅提高；此外，觀測數(shù)據(jù)的采集在時空密度上將更加富于彈性，氣象事件現(xiàn)場實況信息將能夠按需實時接入到任何會場的演示屏幕上，以眾籌方式構(gòu)成的社會氣象觀測系統(tǒng)（姑且這樣稱呼）將人跡所致的任何地點的氣象要素實況盡收眼底，并納入到氣象服務(wù)的基礎(chǔ)資源中，等等。

總之，一切都將比現(xiàn)在好很多。

（二）硬、軟基礎(chǔ)資源的管理

通信帶寬、高性能計算、海量存儲等是氣象業(yè)務(wù)及科研工作基礎(chǔ)資源中的硬資源，氣象數(shù)據(jù)和氣象算法則屬于基礎(chǔ)資源中的軟資源。當(dāng)硬資源因信息技術(shù)的高速進步而變得充裕后，軟資源的重要性勢必越來越凸顯出來。

氣象數(shù)據(jù)是稀有的，只有專業(yè)部門使用專業(yè)設(shè)備才能夠采集到符合專業(yè)要求的氣象觀測數(shù)據(jù)，并運用專業(yè)氣象算法產(chǎn)生出氣象產(chǎn)品數(shù)據(jù)。氣象算法也是稀有的，因為它是氣象科學(xué)家理論的精華、氣象業(yè)務(wù)人員經(jīng)年工作的積累以及相關(guān)技術(shù)人員與氣象業(yè)務(wù)深度結(jié)合的產(chǎn)物，是氣象專業(yè)理論和業(yè)務(wù)知識的外在載體，它唯一產(chǎn)自于氣象行業(yè)。唯其稀有，所以珍貴；由于其珍貴，所以必須善加利用，以期發(fā)揮出最大效益。

常識和經(jīng)典理論都告訴人們，統(tǒng)一管理的資源，其使用效率和安全性最高。因為統(tǒng)一管理的資源既便于統(tǒng)一調(diào)度，也便于設(shè)計整體完備的安全防御體系。因此氣象軟資源的集約化管理，既是充分發(fā)揮其內(nèi)在價值和使用效率的前提，也是確保軟資源安全的有效途徑。所以，建立具有相當(dāng)規(guī)模、可以容納當(dāng)前所有氣象數(shù)據(jù)并具有良好擴充空間、在可預(yù)見未來的時間內(nèi)確保氣象數(shù)據(jù)的完整存儲、管理和應(yīng)用的氣象數(shù)據(jù)中心，是必然的趨勢和選擇。該中心將同時兼顧氣象數(shù)據(jù)集約化管理、氣象業(yè)務(wù)和科研應(yīng)用、氣象服務(wù)和氣象數(shù)據(jù)的社會化應(yīng)用等數(shù)種職責(zé)和任務(wù)。

隨著云計算等基礎(chǔ)資源運行模式的逐步落地以及市場發(fā)育的逐步成熟，氣象部門基礎(chǔ)資源中的硬資源必將逐步趨于社會化運營，通過市場機制得到物美價廉的具有專業(yè)水平的基礎(chǔ)設(shè)施資源服務(wù)。

（三）業(yè)務(wù)工作的大平臺微應(yīng)用模式

基于前人成果之上的發(fā)展，是一種較為智慧有效的發(fā)展模式，氣象業(yè)務(wù)也是如此。在氣象數(shù)據(jù)共享之外，氣象算法的共享以及氣象業(yè)務(wù)功能的共享，同樣需要受到關(guān)注；從某種角度思考，算法和業(yè)務(wù)功能共享的實際意義和價值絲毫不弱于數(shù)據(jù)共享——至少對于氣象部門而言是如此。由于算法和業(yè)務(wù)功能的共享，新系統(tǒng)的許多重復(fù)性的基礎(chǔ)性功能可以因共享前人成果而免于重復(fù)研制開發(fā)，從而可使研制者將精力集中在尚未存在的新功能的研發(fā)上，研發(fā)效率將大幅提升，從而使得新業(yè)務(wù)能力的形成更加便捷；氣象部門的能力建設(shè)將因之而逐步進入快車道。

因此，如何運用技術(shù)手段實現(xiàn)氣象算法和業(yè)務(wù)功能的共享，是氣象信息化工作者目前就應(yīng)開始需要思考并著手解決的戰(zhàn)略性技術(shù)問題。在這里，基于SOA技術(shù)架構(gòu)的“大平臺、微應(yīng)用”模式值得參考和借鑒。由于筆者在此前已就此做過相應(yīng)論述，為篇幅計，不再復(fù)述。

筆者衷心期望算法和業(yè)務(wù)功能的共享能夠早日在氣象部門嘗試并逐步落地。

（四）幾個值得關(guān)注的領(lǐng)域

未來技術(shù)正在一步步走近我們，終有一天，氣象部門將與之相遇，擁抱、接納并最終消融這些因目前相對陌生而使人有些不知所措的未來信息技術(shù)。由于這些技術(shù)的融入，氣象部門無論是業(yè)務(wù)形態(tài)、工作方式還是研究方法，無論在規(guī)模、人員梯次還是技術(shù)結(jié)構(gòu)等方面，都將發(fā)生深刻變化。這些變化因勢而成、不以人的意志而轉(zhuǎn)移。因此盡早謀劃布局，以坦然的心情和相對充分的準(zhǔn)備迎接巨變的到來，是一種積極的態(tài)度。在這里，有以下幾個領(lǐng)域值得關(guān)注：

1. 高質(zhì)量數(shù)據(jù)產(chǎn)品的研制

上文已述，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，非但是氣象部門業(yè)務(wù)科研工作的基礎(chǔ)，而且也是人工智能、認(rèn)知計算特別是機器學(xué)習(xí)的根本和依據(jù)。沒有高質(zhì)量的氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品，機器學(xué)習(xí)無法完成，人工智能在氣象部門天氣預(yù)報和氣候預(yù)測領(lǐng)域的實際應(yīng)用便無法真正實現(xiàn)，而這些領(lǐng)域正是氣象部門最核心的領(lǐng)域，也是最需要借助新技術(shù)予以實質(zhì)性突破的領(lǐng)域。

因此，高質(zhì)量的氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品的持續(xù)不斷的研制，不僅是實際工作的需要，也是引進人工智能和認(rèn)知計算的前提——尤其是具有較好時空密度的高質(zhì)量氣候序列數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

2. 人工智能在核心領(lǐng)域的應(yīng)用嘗試

氣象部門的核心領(lǐng)域無疑是天氣預(yù)報和氣候預(yù)測，預(yù)報和預(yù)測能力是氣象部門的核心能力以及一切業(yè)務(wù)工作的基礎(chǔ)，人工智能在該領(lǐng)域的實際應(yīng)用以及對預(yù)報預(yù)測能力的有效提升，才是人工智能在氣象部門成功應(yīng)用的根本標(biāo)志。因此不應(yīng)滿足并止步于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、天氣新聞自動撰寫發(fā)布系統(tǒng)等外圍領(lǐng)域的人工智能應(yīng)用，而應(yīng)適時有序地開始人工智能在天氣預(yù)報和氣候預(yù)測領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用嘗試——至少應(yīng)當(dāng)開始考察該項工作，實事求是地探明其實際應(yīng)用前景以及應(yīng)用條件的是否具備，而不是消極觀望和麻木地等待。

人工智能在預(yù)報預(yù)測領(lǐng)域的應(yīng)用涉及到十分廣泛的知識領(lǐng)域，需要極強的專業(yè)知識和深厚的業(yè)務(wù)功底。對于此類人才相對匱乏的氣象部門，應(yīng)盡早布局，通過培養(yǎng)、引進人才以及局校合作、局院合作、局企合作等多種模式，不求所有，但求所用，最大限度利用社會資源，以實現(xiàn)自身核心能力有效提升的目標(biāo)。

3. 氣象數(shù)值模式的新算法實現(xiàn)

眾核技術(shù)可以大幅提高高性能計算機的運算峰值，然而以眾核處理器為主構(gòu)成的高性能計算機在氣象數(shù)值模式領(lǐng)域的有效應(yīng)用，卻是一個較為棘手的難題，需要掌握眾核運算技能、熟稔高性能計算機特性、充分了解氣象數(shù)值模式和懂得氣象學(xué)（尤其是動力氣象）基本原理的跨行業(yè)高級人才，對于每一個氣象數(shù)值模式逐一進行針對眾核技術(shù)特點的適應(yīng)性改造，方可實現(xiàn)。而這樣的人才，即便在堪稱世界巨頭的計算機龍頭企業(yè)中，也屬鳳毛麟角。

量子算法技術(shù)較之眾核技術(shù)艱深百倍，這是由量子理論及實現(xiàn)技術(shù)所決定的。與眾核技術(shù)相似，量子計算機能否有效應(yīng)用于氣象數(shù)值模式，取決于量子算法能否有效適用于常規(guī)意義上的科學(xué)運算，以及常規(guī)科學(xué)計算量子算法效率的高低。如果達不到量子計算機所理應(yīng)達到的指數(shù)效應(yīng)（哪怕只是近似達到），則對于氣象數(shù)值模式而言，量子計算機與目前常規(guī)高性能計算機之間便沒有本質(zhì)差別，其在氣象數(shù)值模式上的應(yīng)用就難稱成功。

與人工智能在預(yù)報預(yù)測領(lǐng)域的應(yīng)用相類似，對以量子計算機為代表的未來高性能計算技術(shù)，氣象部門亦應(yīng)適時探明其應(yīng)用可行性；早作謀劃、提前布局。當(dāng)然，量子算法是世界性難題，決策者對此應(yīng)了然于心。

4. VR/AR的有效應(yīng)用

上文已述，VR/AR技術(shù)的應(yīng)用，雖無法提高預(yù)報預(yù)測的準(zhǔn)確率，但卻能極其有效地改善用戶對氣象產(chǎn)品和氣象服務(wù)的體驗，而用戶的最佳體驗往往是氣象服務(wù)質(zhì)量和效果的最終判據(jù)。目前采用VR/AR技術(shù)制作的產(chǎn)品仍需通過特殊的裝置（如：頭戴式顯示器、3D眼鏡等）方才可使受眾感受到預(yù)期的效果，氣象產(chǎn)品和服務(wù)的VR/AR技術(shù)應(yīng)用不宜單走高端精品路線，而宜采取高、中、低三端兼顧，盡可能擴大受眾群體，以技術(shù)手段最大限度地提高全體受眾的服務(wù)體驗。

總之，是時候了，我們可以開始嘗試引入VR/ AR技術(shù)，以改善我們相應(yīng)的工作了。

七、結(jié)語

現(xiàn)在，我們可以肯定地說，即便沿用現(xiàn)有的工作脈絡(luò)而不做大的變動，在未來信息技術(shù)的有效作用下，氣象部門未來的工作也應(yīng)當(dāng)是相當(dāng)精彩的，它的精彩體現(xiàn)在工作的質(zhì)量、工作的效率和效益、工作的實際效果、工作的氛圍以及工作中對人的尊重等各個方面。

未來充滿了不確定性，正如八十年代初的人們很難準(zhǔn)確地想象三十多年后的今天一樣。然而有限的未來還是可以預(yù)知的，三十多年前的艾爾文·托夫勒（Alvin Toffler）和二十年前的凱文·凱利（Kevin Kelly）都對未來信息技術(shù)影響下的未來社會進行了驚人的預(yù)測，這些預(yù)測在當(dāng)時看來是如此的奇幻和令人向往，也如此的不可思議、如此的令人疑惑甚至令人焦慮，使每一個曾經(jīng)讀過《第三次浪潮》和《失控》的讀者至今印象深刻。然而無論你怎樣看待未來，過去十余年因信息技術(shù)進步而導(dǎo)致人類社會發(fā)生翻天覆地變化的這一事實充分表明，我們正在一步一步、而且步伐越來越快地走向未來世界。我們不必惶惑，因為只要我們所處的這個星球上依然存在著生命體，對環(huán)境尤其是氣象活動的了解和掌握便是永恒的需要。

因此，讓我們坦然地面對未來，并迎著它一直向前走吧。

作者單位：國家氣象信息中心