天气预报里，那些关乎生死的计算

这是一场争分夺秒的计算，其结果关乎生死。

争分夺秒，是因为留给这场计算的时间窗口很窄。

晚一点，哪怕0.1秒，计算的结果就没有任何意义了。

因为这场计算的对象是：未来。

在人类目前所做的对“未来”的所有计算中，大部分都是错的。

但有一件，还能称得上靠谱，并且正在变得越来越靠谱：天气预报。

而天气，关乎生死。

点击下方视频，了解这关乎生死的计算。

在关乎生死的计算中，如何做到更好？丨华为云

【1】天气

天有不测风云。

天气，一直是大自然展现它的狂暴和变幻莫测的最有力的手段。

人类自古以来就试图掌握风云雷电、雨雪冰雹等自然现象背后的气象规律并对未来的天气作出准确的预测。

早在三千年前的甲骨文中，就出现了关于天气实况的记载，包括风、云、虹、雨、雪、霜、霞、龙卷、雷暴等。“二十四节气”更是人类历史上制定的第一个反映年循环的气候钟。

今日小寒丨图虫创意

在西方，大约在公元前340年，亚里士多德便写下了世界上最早的气象学专著——《气象通论》(Meteorologica)。书中不仅阐述了各种风的成因与分布，晕、虹、雷电等大气光象，云、雨、雹和霾的形成，气候变化等，还对各种气象学思想和经验进行了系统的整理，提出了自己对各种天气现象的见解和理论，使之成为一门有系统的科学。

除了官方和知识分子层面，无数靠天吃饭的水手、渔民、农民和猎人更是通过看云、看风、看天象、看物象来预测天气，在实践生活中总结了一套宝贵的经验规律。

这些努力取得了一些成效，然而，通常都只能进行一些比较粗浅宏观描述，准确率也不高。

一旦有人能对天气作出较为准确的预测，那往往关乎生死。

《三国演义》第四十八回“宴长江曹操赋诗 锁战船北军用武”中写到，周瑜引众将于山顶看隔江曹操的战船：

正观之际，忽狂风大作，江中惊涛拍案。一阵风过，刮起旗角于周瑜脸上拂过。瑜猛然想起一事在心，大叫一声，往后便倒，口吐鲜血。诸将急救起时，却早不省人事。

而周瑜所虑者无他，欠东风耳。

所以才有了第四十九回“七星坛诸葛祭风 三江口周瑜纵火”。

关乎生死吗？

去问问曹操。

【2】预报

“观今夜天象，可知天下大事。”

曾经的天气预报是人工基于经验的推测，现代的天气预报则变成了基于数据和方程的计算。

现代天气预报中最早采用的方法是天气图法。通过把同一时间不同地点的气象情况填在一张张地图上，然后推断高、低气压系统未来的移动路径和强度变化，进而根据这些系统对气候的影响来实现天气预报。

天气图法的诞生是以一次战争为契机。

1854年11月14日，英法联军集合了主力舰队，准备在黑海的巴拉克拉瓦港对俄军实施登陆作战。但一场十一级至十二级的强风暴突然袭来，英法联合舰队不战自溃。

天气曾一度影响了克里米亚战争的进程丨维基百科

事后，巴黎天文台台长勒弗里埃受命研究这次风暴。他向各国科学家发信，收集了1854年11月12日~16日5天的天气实况，然后依次把同一时间不同地点的气象情况填在一张张地图上，发现这场风暴是从西欧东移而来。

1855年3月19日，勒弗里埃向法国科学院提出，如果组织观测网，将观测资料集中一地，绘制天气图，就可以推断风暴未来的移动路径。

彼时电报机已经发明，于是这一方法具备了实施的可能。因此后来各国纷纷组织观测网站，拍发气象电报，根据地面天气图来预报天气。

虽然当今的精准天气预报早已不依赖于这一方法，但天气图仍然具有极高的价值。

如今的天气预报，是利用计算机，对地球与大气进行建模，将历史观测数据作为模型的初始参数，然后利用数值分析方法进行求解。

而天气预报，也变成了在海量无垠，瞬时变幻的大数据里寻找唯一的答案。

【3】计算

“夫天可不阶而升，地不可得尺寸而度，请问数安从出？”

现代天气预报本质上是一场数值计算。

首先是建模。

建模是指建立地球与大气状态的物理模型，通常是用一组偏微分方程来描述大气状态和运动的基本规律。其他因素也需要被考虑，比如地表是草原还是积雪，地形如何等等，因为会对热量和气流有影响。

有了模型之后，还需要初始参数。通过气象卫星、雷达、探空仪、地面气象站等手段，对不同高度的气压、气温、湿度、风速、风向进行观测。

最后通过计算机建立全球大气模型，将模型划分为一个个网格，将观测到的气象参数作为网格的初始状态参数，然后根据物理方程计算这些参数随时间的变化。

用于全球气象预报的网格模型示意图丨www.nippon.com

通常，模型的预测精度取决于你考虑哪些因素，划分多大的网格，想要求解的时间步长是多少。网格画得越精细，所能预报的气象规模也就越小。时间步长越小，也就能对越近的未来进行预报。

然而，没有模型可以将所有因素全部囊括其中，网格画得太细或者步长取得太小也都不现实，因为计算量会激增，有时候甚至无法求解。因此，建模也是一种舍与得的艺术，需要在计算速度与求解精度之间求得平衡。

借助计算机数值计算，现代天气预报的预测结果也越来越精准了。

【4】分秒

“多少事，从来急。”

想必你我也能感受到，现代天气预报越来越准了，同时预测精度也在提高。

从前的天气预报都是以天为单位，如今已经可以做到短临天气预报，甚至在2小时内对任一经纬度点上进行逐分钟的精确预报。

这种短临天气预报对人身财产安全的保护具有极其重要的意义。这一点，内陆城市的朋友感受可能不太明显。但沿海城市，气象变化往往比内陆更为剧烈。

以笔者本人的亲身经历而言，2019年12月18日下午，笔者在哈德逊河边的公园散步，突然手机收到警报，提示马上将会有一场雪飑（snow squall）到来，请做好防护措施。

所谓雪飑指的是伴有雨雪的、突然而至的强风。

笔者当时就停止了散步打车回家。到家不久，原本晴朗的天空立马阴沉了下来，风暴以肉眼可见的速度汇聚并降下了大雪。

后来看新闻才知道，这是纽约历史上第一次发布雪飑警告。伴随这场降雪而来的还有20华氏度（约零下6.7度）的低温。幸好当地气象部门提醒的及时，不然笔者恐怕会在突如其来的雪飑中冻成圣诞雪人。

这还只是一场不算特别严重的雪飑，没造成太大的损失。对于在海上谋生的渔民来说，短临天气预报是真正可以救命的提示。

笔者以“台风+渔民”为关键词随便一搜，就是各种触目惊心的报道：

《山东东营52名渔民因台风“利奇马”被困船上，消防成功救援》（澎湃，2019.8.12）

《和台风赛跑！温岭温峤6小时紧急转移68艘船103名渔民》（浙江网络广播电视台，2019.8.16）

遭到台风袭击的海南澄迈玉包港丨图虫创意

台风、海浪，种种天气预报的数值于你我而言，可能只是一堆数据。但对渔民来说，那是今天是否应该出海，是否能够有所收获，甚至是否能够活着回来。

预报每提前一分钟，每精确一点点，背后都是活生生的人。

大海从不仁慈。预报分秒必争。

【5】云+AI

“Computers are useless. They can only give you answers.”

再准一点，再快一点。

因为人命关天。

在这场与“风云数据”的对决中，云技术和AI的出现似乎给予了人类新的力量。

气象数据的时空分辨率极高，数据量极大，这种海量数据的处理，人类不擅长，却是AI的主战场。

AI能够通过深度学习大量的气象历史数据（雷达、云图等数据），帮助人类寻找预测的线索和依据，推演未来可能的变化情况，从而为人工预报提供强有力的辅助。

渔民在手机上就能看到更精准的天气预报丨华为云

深圳市气象局积极践行气象科技创新，于1月6日正式宣布与华为云展开深度合作，携手打造“气象+云+AI+5G”的全领域深度合作模式，推动超大城市气象精准预报、智慧城市气象服务的突破性创新。

基于华为云AI研创的精准灾害性天气预测模型，将致力于通过海量历史数据学习，推算云团变化和移动规律、雷暴生消规律，以此来预测深圳市未来天气状况，并预警灾害性天气。

在灾害性天气预报AI模型的建立中，华为云在数据分析和数据存储方面，能够发挥至关重要的作用，尤其是在数据分析方面。气象数据的时空分辨率极高，数据量极大，普通服务器难以承受如此规模的数据处理和模型训练。

华为云AI昇腾集群服务可按需提供强大的AI算力，加上华为云ModelArts一站式AI开发与管理平台，可加速气象预测模型开发进程，极大的缩短模型训练周期，预计一次模型训练，将由原来的1—2个星期缩短至3天甚至是几个小时。

没有人能够百分百预测未来。

但哪怕从99%提高到99.9%，这0.9个百分点背后，影响的是无数鲜活的人。

而技术不就应该这样吗？

穿透冷冰冰的数字，触及背后的人。让数字更有温度，让人更加幸福。就像深圳市气象局和华为云正在做的这样：

风里雨里，有人守护你。

THE END