何宇華 劉東華 張立杰 毛夏

（深圳市氣象局，深圳 518040）

0 引言

根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快氣象事業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》《全國(guó)氣象發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《氣象信息化發(fā)展規(guī)劃2018—2022》《深圳市新型智慧城市建設(shè)總體方案》等總體部署的要求[1-3]，深圳市氣象局堅(jiān)持全面推進(jìn)信息化建設(shè)，把信息化作為解決現(xiàn)實(shí)緊迫問(wèn)題和發(fā)展難題的重要戰(zhàn)略措施，力爭(zhēng)到2020年建成體系完善、技術(shù)領(lǐng)先、應(yīng)用服務(wù)便捷高效的氣象現(xiàn)代化體系。

1 發(fā)展歷程

深圳氣象信息化的發(fā)展始于20世紀(jì)50年代氣象資料的通信傳輸，經(jīng)過(guò)近70年的發(fā)展，信息技術(shù)與氣象業(yè)務(wù)逐步系統(tǒng)性規(guī)?；厣钊虢Y(jié)合，與信息技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷的計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)庫(kù)化為標(biāo)志的幾個(gè)發(fā)展階段相對(duì)應(yīng)，主要經(jīng)歷了以傳統(tǒng)通信、計(jì)算機(jī)通信、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新等為代表的四個(gè)階段（圖1）[4]。

1.1 第一階段：以傳統(tǒng)的無(wú)線通信為代表

20世紀(jì)50年代，天氣資料的接收方式主要是手抄無(wú)線莫爾斯電碼，接收廣播電臺(tái)播發(fā)的天氣情報(bào)。作為建國(guó)初期唯一的氣象通信手段，無(wú)線莫爾斯電碼短波通信的通報(bào)速率極低，每分鐘只能抄收100多個(gè)或傳遞20組左右的電碼。

20世紀(jì)70年代，無(wú)線電通信開(kāi)始興起，深圳氣象先后開(kāi)展了無(wú)線電傳報(bào)和無(wú)線傳真天氣圖接收業(yè)務(wù)，新的傳輸方式從手工操作過(guò)渡到機(jī)器操作，大大減輕了報(bào)務(wù)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，將傳輸速率提高了三倍以上。

20世紀(jì)80年代，深圳氣象開(kāi)始使用10W對(duì)講機(jī)和25W甚高頻電話，建立了甚高頻電話輔助通信網(wǎng)，與鄰近氣象臺(tái)站進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)會(huì)商及災(zāi)害性天氣聯(lián)防。

1.2 第二階段：以計(jì)算機(jī)信息通信為代表

20世紀(jì)80年代中后期，深圳氣象先后引進(jìn)IBM PC計(jì)算機(jī)和長(zhǎng)城0520微機(jī)，進(jìn)行PC機(jī)互聯(lián)和遠(yuǎn)程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信業(yè)務(wù)，標(biāo)志著深圳氣象進(jìn)入計(jì)算機(jī)化階段。隨著電子信息技術(shù)的日益發(fā)展，氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)逐步引入電子信息相關(guān)技術(shù)，氣象數(shù)據(jù)通信自動(dòng)化程度不斷提高。20世紀(jì)80年代后期，深圳氣象微機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)——Linkman建成，以1臺(tái)ACRO-386微機(jī)為服務(wù)器，配備7臺(tái)SUPER-PC/XT微機(jī)終端。

1.3 第三階段：以網(wǎng)絡(luò)化信息通信為代表

自20世紀(jì)90年代中期起，深圳市氣象大力發(fā)展基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)。1994年，深圳氣象采用多路復(fù)用技術(shù)對(duì)廣深氣象通信系統(tǒng)進(jìn)行改造，率先開(kāi)通城際專(zhuān)線通信網(wǎng)絡(luò)，報(bào)路速度提升到2.4 KB/s。

1995年，深圳氣象計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)改造升級(jí)為數(shù)據(jù)交換速率為100 M的快速以太網(wǎng)（同期共享網(wǎng)絡(luò)交換速率僅為10 M），網(wǎng)上有70多臺(tái)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了家庭辦公業(yè)務(wù)。

2004年起，深圳大運(yùn)會(huì)籌備期間，深圳氣象引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)系統(tǒng)，同時(shí)不斷加快自身服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)。在大運(yùn)服務(wù)演練正式開(kāi)始之前全面實(shí)現(xiàn)了“網(wǎng)羅泛華南區(qū)域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)、建立深港氣象專(zhuān)線、開(kāi)發(fā)臨近預(yù)報(bào)決策支持平臺(tái)、搭建智能氣象信息服務(wù)體系、開(kāi)展大城市精細(xì)化預(yù)報(bào)、積澇預(yù)報(bào)系統(tǒng)投入運(yùn)用、發(fā)布空氣質(zhì)量預(yù)警、打造星羅密布的大運(yùn)氣象探測(cè)設(shè)施、建立多樣的服務(wù)形式”九大顯著成果，獲得國(guó)際大體聯(lián)主席喬治·基里安的高度評(píng)價(jià)。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，深圳氣象逐步建成核心骨干三層交換網(wǎng)絡(luò)、省市寬帶網(wǎng)、信息發(fā)布專(zhuān)線網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)范管理。同時(shí)對(duì)自動(dòng)站等探測(cè)設(shè)施的通信手段進(jìn)行了升級(jí)換代，從電話撥號(hào)升級(jí)為GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸從1 h一次的龜速傳輸大踏步向分鐘級(jí)的快速傳輸邁進(jìn)，為城市防災(zāi)減災(zāi)贏得了寶貴的時(shí)間。

1.4 第四階段：以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新為代表

自2010年起，為形成精準(zhǔn)化預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)，深圳氣象與國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心展開(kāi)合作，依托國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心強(qiáng)悍的計(jì)算和存儲(chǔ)能力等優(yōu)勢(shì)資源，引進(jìn)集成了中國(guó)氣象局的GRAPES和香港小渦旋數(shù)值預(yù)報(bào)（WHM）技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)了雷暴追蹤HAPS數(shù)值預(yù)報(bào)模式，并聯(lián)合國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心建成了“深圳氣象云”服務(wù)平臺(tái)。深圳氣象通過(guò)大力發(fā)展關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)技術(shù)，強(qiáng)化各種氣象數(shù)據(jù)的集中處理和統(tǒng)一存儲(chǔ)。

“十二五”期間，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)氣象預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展初見(jiàn)成效，基于國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心強(qiáng)大的計(jì)算能力，通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的價(jià)值挖掘、平臺(tái)分析，形成精準(zhǔn)、科學(xué)的天氣預(yù)測(cè)，服務(wù)于深圳乃至全國(guó)民眾。深圳氣象利用國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心開(kāi)辟的10000核CPU資源開(kāi)展氣象預(yù)報(bào)，確保了計(jì)算效率和優(yōu)先權(quán)，陸續(xù)推出了區(qū)域預(yù)報(bào)、臺(tái)風(fēng)預(yù)警路徑預(yù)報(bào)、地質(zhì)災(zāi)害以及積澇預(yù)警等創(chuàng)新服務(wù)，利用科技手段滿足市民對(duì)氣象服務(wù)高節(jié)奏、高頻率、高定向的需求。超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的時(shí)空分辨率及更新頻率大大提升，模式運(yùn)行由逐6 h加密到逐3 h，空間分辨率也將由4 km逐漸加密到1 km左右。

“十三五”期間，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)氣象服務(wù)發(fā)展大放光彩，形成了以氣象數(shù)據(jù)服務(wù)為核心，以驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)服務(wù)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展為導(dǎo)向的新格局。目前已建成統(tǒng)一的氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)集中管理、充分共享應(yīng)用；打造出以大城市精細(xì)化預(yù)警預(yù)報(bào)、“深圳氣象”兩微一端等為代表的氣象業(yè)務(wù)和服務(wù)品牌，影響力連續(xù)多年排名國(guó)內(nèi)前列；整合基礎(chǔ)設(shè)施、氣象數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用等三類(lèi)核心資源，建成基礎(chǔ)資源虛擬化云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)施集約化管理、高效利用；建立了監(jiān)控信息管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，打通氣象綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控流程，實(shí)現(xiàn)探測(cè)、信息業(yè)務(wù)集中監(jiān)控、有機(jī)融合，有效提高了氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行質(zhì)量與效率。

2 建設(shè)成效

2.1 建成資源集約、應(yīng)用協(xié)同的新業(yè)務(wù)模式

建成“兩橫一縱”的通信網(wǎng)絡(luò)體系，縱連國(guó)、省、市三級(jí)氣象部門(mén)，橫聯(lián)政府市、區(qū)兩級(jí)部門(mén)，衛(wèi)星通信賦予省級(jí)權(quán)限，本地探測(cè)網(wǎng)絡(luò)秒級(jí)傳輸。初步建成專(zhuān)有云、政務(wù)云和公有云集約管理、協(xié)同應(yīng)用的計(jì)算平臺(tái)（圖2），實(shí)現(xiàn)“我的都市天氣”“深圳臺(tái)風(fēng)網(wǎng)”“深圳天氣”“氣象微視頻”等7大類(lèi)氣象公共服務(wù)產(chǎn)品集約化云上部署、云上提供服務(wù)；為全局觀測(cè)、預(yù)報(bào)、服務(wù)等應(yīng)用系統(tǒng)提供計(jì)算、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持（圖3）；支撐深圳市氣象局逐步形成了“云+端”業(yè)務(wù)模式新格局。發(fā)展并行計(jì)算技術(shù)，推動(dòng)數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)革新。

圖2 科學(xué)計(jì)算能力發(fā)展情況 Fig. 2 Increase of computing capacity

圖3 存儲(chǔ)能力增長(zhǎng)情況 Fig. 3 Increase of storage capacity

2.2 云計(jì)算賦能網(wǎng)格化、智能化的氣象預(yù)警預(yù)報(bào)體系

基于深圳氣象信息基礎(chǔ)的發(fā)展，實(shí)施臺(tái)風(fēng)暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)質(zhì)量提升行動(dòng)計(jì)劃，晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率同比提高5%，暴雨預(yù)警準(zhǔn)確率提高到80%，在分區(qū)預(yù)警高精度要求下準(zhǔn)確率與全省市級(jí)預(yù)警相當(dāng)，強(qiáng)對(duì)流預(yù)警提前量達(dá)45 min，較全國(guó)平均多8 min。研發(fā)人工智能短時(shí)融合預(yù)報(bào)，臨近預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提高5%，雷雨大風(fēng)、冰雹等早期識(shí)別準(zhǔn)確率提高到70%。形成含30萬(wàn)組數(shù)據(jù)的雷達(dá)數(shù)據(jù)集用于吸納社會(huì)力量改進(jìn)算法。

2.3“互聯(lián)網(wǎng)+”助力精細(xì)實(shí)時(shí)、按需而動(dòng)的氣象信息服務(wù)體系構(gòu)建

基于深圳氣象信息基礎(chǔ)的發(fā)展，打造“深圳天氣”品牌整合微博、微信、客戶端、抖音等，獲評(píng)廣東省十佳影響力政務(wù)微信、全國(guó)氣象微博影響力第一名。臺(tái)風(fēng)山竹期間，融媒體矩陣服務(wù)量超過(guò)10億人次，創(chuàng)下新紀(jì)錄。全年電視電臺(tái)播出1502檔節(jié)目，收視率位列前三。推出智慧氣象天文宣教平臺(tái)，落實(shí)市科協(xié)和兒童友好城市科普教育任務(wù)，服務(wù)市民超500萬(wàn)人次。實(shí)現(xiàn)預(yù)警發(fā)布快速精細(xì)，100分鐘內(nèi)向2000萬(wàn)市民及來(lái)深漫游用戶發(fā)布高級(jí)別預(yù)警短信，全年累計(jì)發(fā)布全網(wǎng)預(yù)警短信覆蓋5.23億人次，國(guó)內(nèi)率先向預(yù)設(shè)重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)提供精準(zhǔn)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提示和自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警提示。

2.4 基于信息化手段建立主動(dòng)防御、統(tǒng)管共治的網(wǎng)絡(luò)信息安全體系

建立了各部門(mén)職責(zé)明確、整體協(xié)作、共同治理的網(wǎng)絡(luò)安全責(zé)任體系。完善了涵蓋管理制度、操作規(guī)程、應(yīng)急預(yù)案共10個(gè)內(nèi)部安全管理制度體系。構(gòu)建了健全的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)體系，形成“一個(gè)中心，三重防護(hù)”的安全架構(gòu)體系，從通信網(wǎng)絡(luò)到區(qū)域邊界再到計(jì)算環(huán)境進(jìn)行重重防護(hù)，通過(guò)安全管理中心進(jìn)行集中監(jiān)控、調(diào)度和管理；定期舉行網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)急演練，積極探索利用社會(huì)資源提升網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)防控能力。

2.5 打造出一支技術(shù)專(zhuān)業(yè)、經(jīng)驗(yàn)豐富的人才隊(duì)伍

逐步建成有利于人才成長(zhǎng)和發(fā)揮作用的激勵(lì)、評(píng)價(jià)、培養(yǎng)等機(jī)制，不斷優(yōu)化隊(duì)伍布局和結(jié)構(gòu)，通過(guò)建立信息化領(lǐng)導(dǎo)小組，引入技術(shù)總體單位、實(shí)施單位和運(yùn)維單位的專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)，引進(jìn)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，填補(bǔ)人才缺口。通過(guò)一系列信息化重點(diǎn)工程實(shí)戰(zhàn)和信息化技術(shù)企業(yè)開(kāi)展相關(guān)培訓(xùn)，提高了隊(duì)伍綜合實(shí)力和創(chuàng)新能力，形成了一支專(zhuān)業(yè)化的技術(shù)隊(duì)伍。

3 面臨形勢(shì)和未來(lái)展望

隨著氣象現(xiàn)代化發(fā)展的要求和深圳新型智慧城市建設(shè)的深入，對(duì)深圳氣象信息化發(fā)展提出了更高的要求，智能化成為新的發(fā)展特點(diǎn)。“智能觀測(cè)”要求充分利用信息新技術(shù)實(shí)現(xiàn)全面感知、快速收集環(huán)境數(shù)據(jù)，夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)?！爸悄茴A(yù)報(bào)”要求充分利用信息新技術(shù)及時(shí)整合信息資源，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高時(shí)效、針對(duì)性的有效數(shù)據(jù)供給，以及高并發(fā)、高效率、高擴(kuò)展的智能平臺(tái)支撐。

當(dāng)今世界，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)方興未艾，深度學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)蓬勃興起，為氣象信息化的發(fā)展帶來(lái)全新技術(shù)手段和思路[5-6]。同時(shí)，隨著深圳新型智慧城市建設(shè)的深入推進(jìn)，城市信息化水平不斷提升，氣象信息化推動(dòng)智慧城市發(fā)展，智慧城市反哺氣象信息化發(fā)展將變成一個(gè)新的趨勢(shì)，深圳氣象信息化將進(jìn)入一個(gè)新階段，呈現(xiàn)出業(yè)務(wù)一體化、架構(gòu)“云+端”、服務(wù)智能化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型、安全感知化的新特點(diǎn)。為此需要開(kāi)展以下幾個(gè)方面的工作：

3.1 強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一張藍(lán)圖統(tǒng)籌管理

在深圳新型智慧城市一體化建設(shè)的整體布局下，深圳氣象局將強(qiáng)化氣象信息化一體化頂層設(shè)計(jì)，優(yōu)化關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程，整合氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)，從系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)等方面確定信息化的總體架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，逐步構(gòu)建資源高效利用、數(shù)據(jù)充分共享、流程高度集約的氣象信息化新格局，驅(qū)動(dòng)氣象業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)和業(yè)務(wù)技術(shù)體制變革，為全面推進(jìn)氣象現(xiàn)代化提供強(qiáng)大支撐。

3.2 深化“云+端”模式，實(shí)現(xiàn)一體高效運(yùn)行

在充分利用國(guó)省云上資源的基礎(chǔ)上，構(gòu)建氣象集約共享、彈性動(dòng)態(tài)、高效可靠的氣象基礎(chǔ)設(shè)施“政務(wù)+專(zhuān)有+公共”混合云平臺(tái)，率先在省內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣象業(yè)務(wù)“云+端”運(yùn)行模式，為提升深圳的氣象服務(wù)能力和防災(zāi)減災(zāi)水平提供強(qiáng)有力的信息化基礎(chǔ)支撐。未來(lái)深圳氣象局內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)將全面遷移到公共應(yīng)急平臺(tái)（應(yīng)急云），打破原有某些僵化的煙囪式的IT架構(gòu)，逐步變?yōu)殪`活、可伸縮、可度量、按需供應(yīng)的新架構(gòu)。

3.3 推動(dòng)人工智能在氣象服務(wù)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一屏智能服務(wù)

利用氣象相關(guān)的圖像、視頻、數(shù)字化產(chǎn)品等多源大數(shù)據(jù)，發(fā)展災(zāi)害性天氣的智能識(shí)別與預(yù)警能力?；跀?shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)集，利用人工智能與大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，提升天氣預(yù)報(bào)預(yù)警能力。開(kāi)發(fā)氣象實(shí)況、天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)等與地理信息、社會(huì)信息等相融合的，并使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）進(jìn)行模擬和渲染的氣象服務(wù)產(chǎn)品，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。

3.4 利用大數(shù)據(jù)思維管理氣象數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)一數(shù)全面應(yīng)用

圍繞深圳氣象局大數(shù)據(jù)平臺(tái)，構(gòu)建集約、高效的數(shù)據(jù)處理流程，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)接口，規(guī)范數(shù)據(jù)訪問(wèn)、存儲(chǔ)，建設(shè)數(shù)據(jù)全流程、全生命周期管理。圍繞智慧城市便民服務(wù)系統(tǒng)和三防、交通、公安等治理系統(tǒng)的需求，推動(dòng)城市其他行業(yè)領(lǐng)域共享氣象數(shù)據(jù)，形成基于氣象數(shù)據(jù)的跨領(lǐng)域新的融合服務(wù)，為智慧城市增加新的亮點(diǎn)。

3.5 打造全面的信息安全態(tài)勢(shì)感知體系，實(shí)現(xiàn)一盾安全管控

完善氣象信息網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器系統(tǒng)、氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等海量訪問(wèn)、應(yīng)用日志數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判，以安全大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從全局視角提升對(duì)安全威脅的發(fā)現(xiàn)識(shí)別、理解分析、響應(yīng)處置能力；構(gòu)建事前預(yù)知預(yù)警、事中主動(dòng)防御、事后監(jiān)測(cè)、追蹤的安全態(tài)勢(shì)感知體系，建立獨(dú)特的安全可視化窗口，提升全過(guò)程的安全感知能力。

4 結(jié)語(yǔ)

氣象信息化是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化氣象強(qiáng)國(guó)的重要保障，深圳氣象始終堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，在新時(shí)代將深入推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)在氣象業(yè)務(wù)的應(yīng)用，推進(jìn)氣象數(shù)據(jù)資源開(kāi)放共享，構(gòu)建統(tǒng)籌集約、協(xié)同高效、開(kāi)放共享、安全可靠、規(guī)范有序的氣象信息化體系，助力氣象信息跨界融合創(chuàng)新，打造“氣象+智慧城市”的新模式，實(shí)現(xiàn)“一體高效運(yùn)行、一屏智能服務(wù)、一數(shù)全面應(yīng)用、一盾安全管控”的四個(gè)一目標(biāo)，更精細(xì)、更精準(zhǔn)地為社會(huì)提供氣象服務(wù)。