智慧气象的内涵与特征研究
文｜周勇 胡爱军 杨诗芳 龚江丽
一、引言
当今，信息化发展已经历三个阶段，即从数字化到网络化再到智慧化。各产业一旦与智慧技术相结合，将大大提升产业素质，提高资源配置效率，实现产业的高度化。对此，我国政府给予了高度重视，在《国务院关于大力推进信息化发展和切实保障信息安全的若干意见》、《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》、《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》和《国务院关于印发促进大数据发展行动纲要的通知》等一系列重要文件中，提出了发展智慧城市、智慧旅游、智慧环保、智慧物流、智慧国土、智慧医疗、智慧能源、智慧国土等若干政策措施。此外，多个政府部门还从自身发展需求出发，提出了智慧林业、智慧农业、智慧交通、智慧水利等若干行业的智慧化发展战略或开展了相关研究。
发展智慧气象，与全面推进气象现代化、全面深化气象改革等环环相扣，其重要性已经得到了领导和专家的认同，对其内涵和特征的认识也在逐步深化。
二、相关领域现状综述
智慧化发展的重点领域大致可分为两类：一类是综合性智慧化发展战略，如：智慧政府、智慧城市和智慧地球等；另一类是智慧产业发展战略，如：智慧环保、智慧旅游、智慧林业、智慧交通等。
（一）综合性智慧化发展战略
1. 智慧地球
全球智慧城市的热潮源于IBM公司2008年提出的“智慧地球”。2009年1月，美国奥巴马总统公开肯定了IBM“智慧地球”思路，2009年8月，IBM 又发布了《智慧地球赢在中国》计划书。
“智慧地球”的基本理念是：通过建设更加智慧的追踪系统、更加智慧的交通系统、更加智慧的能源系统、更加智慧的医疗保健系统等，把实体世界和数据世界融合在一起，把世界变得更加智慧。智慧地球具有三个“智慧推动力”：更透彻的感应和度量、更全面的互联互通、更深入的智能洞察，这也可以被视为是智慧地球的三个主要特征。
2. 智慧政府
从全球范围来看，政府信息化经历了从数字政府、电子政务、移动政务到智慧政府的多个发展阶段，“智慧政府”这一概念具有明显的实践先于理论的特点，它的建设尚处于探索阶段，世界各国政府机构都是在探索中先行先试。
中国电子信息产业发展研究院金江军提出：“智慧政府”是指利用物联网、云计算、移动互联网、人工智能、数据挖掘、知识管理等技术，提高政府办公、监管、服务、决策的智能化水平，形成高效、敏捷、便民的新型政府。政府的四大职能是经济调节、市场监管、社会管理和公共服务，“智慧政府”就是要实现上述职能的数字化、网络化、智能化、精细化。“智慧政府”具有透彻感知、快速反应、主动服务、科学决策等特征。
3. 智慧城市
国家发改委、工信部、科技部等八部委联合下发的《促进智慧城市健康发展的指导意见》（发改高技〔2014〕1770号）中提出：智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式。文件中提出的“公共服务便捷化、城市管理精细化、生活环境宜居化、基础设施智能化、网络安全长效化”也可视为对智慧城市内涵的描述。
对于智慧城市的特征，国家信息中心专家委员会主任宁家骏提出“智慧城市以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征”；工业与信息化部原副主任陈如明提出“智慧城市具备的几个显著特征将是设施更高级，发展更科学，管理更高效，执行更务实，环境更绿色，城市更安全，社会更和谐，生活更美好”。
（二）智慧产业发展战略
智慧林业：国家林业局于2013年印发的《中国智慧林业发展指导意见》是我国各部委中最早公开发布的智慧产业发展战略。该文件提出智慧林业的基本内涵是：充分利用云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术，通过感知化、物联化、智能化的手段，形成林业立体感知、管理协同高效、生态价值凸显、服务内外一体的林业发展新模式。智慧林业具有数字化、感知化、互联化、智能化、一体化、协同化、生态化、最优化等主要特征。
智慧环保：2012年，环保部信息化办公室专家提出：智慧环保是借助物联网技术，把传感器和装备嵌入到各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的“智慧”；智慧环保以广泛准确的多源环境数据获取能力、快速有效的数据传输能力、智能的信息分析处理能力和综合性的辅助决策支撑与管理能力为特点。
智慧交通：交通运输部规划研究院专家提出：智慧交通是智能交通系统或交通信息化发展的更高阶段。智慧交通是指在较完善的交通基础设施基础上，将信息技术（包括计算机技术、通信技术、传感技术）集成应用于传统交通运输系统，改变现有交通基础设施、运输工具、运输组织和交通管理的形态，所形成的一套将虚拟和现实相结合，将任何人、任何物在任何时间采用任何方式运送到任何地点的智慧型综合交通运输系统。
智慧医疗：2015年3月30日国务院办公厅印发的《全国医疗卫生服务体系规划纲要（2015—2020年）》（国办发〔2015〕14号）中提出了要“开展健康中国云服务计划，积极应用移动互联网、物联网、云计算、可穿戴设备等新技术，推动惠及全民的健康信息服务和智慧医疗服务，推动健康大数据的应用，逐步转变服务模式，提高服务能力和管理水平”。
智慧能源：2015年7月4日发布的《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》（国发〔2015〕40号）中，把“‘互联网+’智慧能源”列为11项重点行动之一，并提出推进能源生产智能化、建设分布式能源网络、探索能源消费新模式、发展基于电网的通信设施和新型业务等重点任务。
智慧农业：中国农业科学院农业信息研究所和中国电子技术标准化研究院的专家联合研究后提出：智慧农业的内涵是：农业思想认识的智慧化、农业生产过程的精细化、农业发展环境的审美化、农业生产运行的系统化、农业产品质量的优质化和农业发展资源的持续化。智慧农业以农业全产业、全过程智能化的泛在化，以及优质、高效、可持续发展等为特征。
智慧水利：中国水利水电科学研究院专家提出智慧水利的基本概念是：其总体架构是集物理水网、虚拟水网和市场水网一体的现代化水资源系统；其核心特征是实时感知、水信互联、过程跟踪、智能处理；其关键技术是基于云技术的监测、计算和服务，基于多水源高效能的智慧调度，基于多通道优拓扑的精准投递；其核心目标准确预报、精准配送和高效管理，全面提高水资源效能，促进我国水资源高效利用水平的跨越式提升。
此外，在国务院文件或由地方政府提出的智慧产业还有：智慧物流、智慧海洋、智慧社区、智慧健康养老产业等超过20个。
（三）综合分析
不难发现，政府、学术界和企业界对各种智慧化发展战略的描述千差万别：既有从字义出发，解释什么是“智慧”，进而分析其应具备的特征；也有从技术出发，特别强调信息新技术的应用和影响；还有从目的出发，强调对国民经济的贡献和如何推进产业发展。虽然论述角度不同，但都存在一些共同之处：一是依托信息技术，二是强调融合发展，三是关注效益效能。
信息新技术，既是实现智慧化的基础，又是实施智慧化发展战略不可或缺的内容。物联网和移动互联网就像人的神经系统，用于感知环境；云计算平台和大数据分析技术就像人的大脑，用于分析判断。离开了健康的大脑和神经，就谈不上人的“智慧”；离开了信息新技术的应用，智慧化发展战略就无法实现。
产业融合是智慧化发展的内在要求之一。一方面，产业融合是“智慧”的重要源泉和基础，例如综合处理跨领域、跨行业、跨部门的数据资源，才能及时了解需求、灵活应对；另一方面，产业融合才能实现智慧化发展效益的最大化，促进经济、社会、环境的协调发展。
此外，正如“只知道怎么做，不知道为什么做”的人不算聪明人，发展智慧产业，不能为“智慧”而“智慧”，要把提高效能和发挥效益作为智慧化发展战略研究的出发点和落脚点。
三、智慧气象研究基础
（一）前期研究成果
国家气象信息中心副总工沈文海从当前信息化的主流趋势及其给气象信息化建设带来的启示入手，提出智慧气象的内涵至少包括：完整适用的感知、全面准确的预测、及时满意的服务、生动持续的创新等内容；智慧气象的特征包括：适度灵活的感知、需求引导的预报、敏捷智能的服务、智慧有效的人影、充分共享的数据、移动便捷的应用、激励创新的环境、规范标准的技术、集约高效的资源、统一简约的管理。
中国气象局发展研究中心在咨询报告《关于实施智慧气象发展战略的思考和建议》中提出：“智慧气象的内涵包括五个方面：智能的感知、精准的预测、普惠的服务、科学的管理、持续的创新”，智慧气象的特征包括：泛在、共享、协同、融合、安全。
（二）实践工作基础
江苏省政府发布的《智慧江苏建设行动方案（2014-2016 年）》中提出推进智慧气象建设工作，并在智慧应急平台整合工程、智慧民生服务保障行动、城镇运行集中管控工程中划定了气象部门的多项任务。
吉林省辽源市把智慧气象作为辽源智慧城市建设的一个重要内容，依托云计算、移动互联和大数据技术，实现气象与智慧城市运行管理部门（如、农业、环保、安监、消防、林业等）的互联、互通和互动。吉林省副省长隋忠诚在实地调研辽源智慧气象后，要求全省气象部门推广智慧气象建设。
广西防城港市建设的“互联网+海水养殖”智慧气象综合服务系统，将气象水质远程监控、自然灾害防御、水产养殖病害远程监测和诊断等集成，实现远程监控。通过手机，农户不仅可以随时看到养殖池实况视频监控画面，还可以随时看到养殖池的水质、温度、酸碱度等要素的变化，并可以通过启动增氧机，实现水产养殖池水质的实时自动控制。广西壮族自治区党委副书记危朝安对该系统建设给予了高度评价。
此外，上海、重庆、深圳、宁波、青岛、佛山等地气象部门因地制宜，把气象融入智慧城市发展，在建设“智慧气象”方面也进行了积极有益的尝试，并取得了一定成效。
（三）国外相关情况
虽然国外政府和企业尚很少使用“智慧气象”这一名称，但很多实际工作都具有发展“智慧气象”的特色。仅以2015年10月28日，IBM公司投入约20亿美元收购天气公司Weather Company为例：IBM公司统计美国每年约有5000亿美元的商业损失与气象有关，而它将建立一个基于云的开放平台，帮助各行业整合气象数据等分散的实时数据到各行业的业务运营中。IBM公司还提出了与气象密切相关的若干重点发展领域，如：制药公司和药店依靠天气预报预测决定何时增加过敏药物的供应；农业企业利用气象数据来最大限度地提高作物产量；保险公司依靠气象数据减少车辆索赔；食品、铲子、盐、沙、御寒服装等商品零售商根据风暴预报调整人力资源和供应链；公用事业公司根据温湿度变化对空调用电的影响来更准确地预测电力消耗，从而避免超负荷和服务中断等。
图1 智慧气象的基本内涵
（一）智慧气象的内涵
首先，智慧气象离不开气象“主业”，智慧业务、智慧服务和智慧管理是其最主要的三部分，由此应包括智能的信息获取、精准的预报预测、开放的气象服务和精细的科学管理等4项内容。其次，智慧气象不局限于气象“主业”，与农业、工业、交通、能源等其他产业融合，与智慧城市、智慧政府协同发展，才能实现智慧气象并体现其价值，因此深度的产业融合也是智慧气象的必要内容。此外，智慧气象不是静止不变的，而是一个持续发展的过程，要以科技创新为动力，因此持续的科技创新也是其重要内容之一。与以往的创新模式不同，公众参与将是智慧气象阶段科技创新的新源泉和突出特点。
综上，智慧气象应包括：智能的信息获取、精准的预报预测、开放的气象服务、精细的科学管理、深度的产业融合、持续的科技创新等6方面主要内涵。
1. 智能的信息获取
智能的信息获取或称“智能的感知”，是各类智慧产业的共性内涵，也是智慧气象的必要组成部分。就气象而言，它是在现有综合观测业务基础上的延展。一是信息获取的目的更加多样：非但要具有感知自然界气象要素的能力，还要具备感知社会对气象服务新需求，以及气象业务系统自身实际状态的能力；二是信息获取的内容更加广泛：既包括比现在更加丰富的气象要素、运行状态信息，还包括国民经济数据、地理环境数据、其它产业数据、社交媒体信息等；三是信息获取的方式更加灵活：除了通过综合气象观测设备采集和部门共享数据外，物联网、移动互联网和大数据分析等也将成为信息获取的重要方式；四是系统运作更加智能：要实现业务灵活组织（如：自动按需调整自动观测或互联网数据收集的内容、频次等），并可以在一定程度上实现有用信息的自我发现（如：通过数据挖掘自动识别出公共服务新需求）；五是数据质量更有保障：传感器、物联网、数据关联分析等领域的技术进步和应用，将在减轻工作人员劳动强度的同时，实现数据质量的大幅提高。
2. 精准的预报预测
精准的预报预测也经常出现在其它智慧产业的内涵中，主要是指对消费者行为的预测，但对智慧气象而言，内容更加丰富，地位更加重要。在信息技术的支撑下，将实现更加精准的预报预测：一是预报内容更加丰富。既包括天气预报和气候预测（包含：气象要素的预测、气象灾害的预测、基于影响的预测等多个层次），又包括用户潜在服务需求预测、系统潜在故障点和影响范围预测等。二是预报质量更加精准。精细化包括时空分辨率、预报预测的更新频次的提升等，准确则是指上述预报预测在时效、趋势、范围和量级等方面都能做到更加准确。三是预报技术更加先进。云计算技术、大数据处理技术、数据挖掘技术、可视化技术等信息新技术将与传统气象预报预测技术相结合，既可以增强数据处理能力，又有可能催生新的科技理论和预报方法。四是预报结果的展示更加直观。能够将现实与虚拟实景相结合，以任意视角、任意切割方式、任意的视觉映射方式交互地展示预报结果。
3. 开放的气象服务
如何缩小有限的气象服务能力与日益增长的无限需求之间的差距，是贯穿气象事业发展过程中的永恒主题。发展智慧气象的一个内在要求就是要通过深化气象服务体制改革，加快构建开放、多元、有序的新型气象服务体系，发挥多方积极性，激发市场活力、调动社会资源和力量参与气象服务，扩大气象服务的覆盖面，实现基本公共气象服务均等化，满足社会公众对气象服务的需求。
开放的气象服务包括：更开放的服务理念——要深化合作、扩大开放、共享资源、共同发力，实行更加积极主动的开放战略；更开放的服务市场——打破部门垄断，服务市场化机制更加完善，并逐步形成“大众创业、万众创新”的新局面；更开放的监督管理——中国气象局作为行业主管部门，负责引导气象服务市场健康发展，对气象服务市场的监管信息和监管程序也更加公开、透明；更普惠化的公众服务——实现基本公共气象服务均等化，更加敏捷地响应社会需求，让人人都能享受到个性化、专业化的气象服务，并在生产生活中获得巨大价值和最佳体验。
4. 精细的科学管理
同智慧城市一样，智慧气象同样强调协同发展、资源共享、深度互联，必定会冲击传统的管理思维方式。“用数据说话、用数据管理、用数据决策”作为大数据时代的管理新路径，将对气象业务管理、社会管理、服务管理、科技管理等都将产生深远的影响。
一是变革管理理念。党的十八届三中全会首次在党的重要文献中提出了“政府治理”的概念，强调原来政府控制和管理的观念必须让位于规范、调控和服务的观念，政府管理由“自上而下”发号施令转变为政府、社会、市场、公民个人之间的合作与良性互动，建立新型的伙伴关系。这与气象社会管理、气象科技管理的趋势和要求相一致，也将成为智慧气象管理领域的发展思路。二是提高管理效能。重视数据的分析和使用，综合处理业务、服务、行政、财务等各类数据，为气象内部事务、社会事务、行政审批、事中事后监管等精准管理提供决策支撑，提高管理的针对性和有效性。三是提高管理效率。通过信息化手段，减少人工处理环节，缩短处理流程，降低管理成本，在提高被管理者满意度的同时减轻管理者工作强度。
5. 深度的产业融合
信息技术的发展，带动了产业结构的变动，并以产业融合的方式出现。不仅在微观的企业层面出现带有复合的混业经营现象，而且在宏观层面上出现产业的交叉渗透，产业部门关联复杂化和产业边界的模糊化。从产业角度看，产业融合可分为产业渗透、产业交叉和产业重组三类。产业渗透是指发生于不同产业边界处的产业融合，对于智慧气象而言，就是气象服务深度渗透到智慧农业、智慧林业、智慧水利、智慧交通、智能家居、智能建筑、智慧城市等其他产业中；产业交叉是指通过产业间功能的互补和延伸实现产业融合，如：气象传感器的研发生产，将不再由传统气象观测设备厂商垄断，手机芯片厂商、智能家居厂商等也会加入其中，反之亦然；产业重组主要发生于具有紧密联系的产业之间，信息技术企业、气象服务企业、媒体服务企业、电子商务企业、清洁能源企业、交通运输企业等跨并重组，可以实现人力、财力、物力和数据资源的整合，发挥更大效益。2013年农业生物技术公司孟山都公司9.3亿美元收购气象企业Climate公司，2015年信息技术企业IBM公司20亿美元收购天气公司Weather Company，都是气象领域产业重组的典型事例。
6. 持续的科技创新
持续的科技创新是推动智慧气象由初级阶段向高级阶段发展的动力。智慧气象不仅体现在以物联网、云计算、移动互联网为代表的新一代信息技术的充分应用上，还体现在构建有利于创新涌现的制度环境与生态方面。通过改善创新环境，实现以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的以人为本可持续创新，创造并最大限度地发挥气象信息的价值，推动智慧气象可持续发展。
为促进持续的科技创新，需要通过改善项目管理、加强成果转化，优化创新机制；通过共享气象数据资源、搭建开放的创新平台，改善创新环境，支撑万众创新；通过知识产权保护、市场公平竞争、收益合理分配，激发创新活力；通过创新成果智能发现、自由转让，降低创新成本、提高创新效率。
（二）智慧气象的特征
根据智慧气象的技术基础和内在要求，它应具备以下5点主要特征：无处不在、充分共享、高度协同、全面融合、安全可控。
无处不在是指实现与天气气候有关的人与物、人与人、物与物等之间的连接，气象感知无处不在，气象服务无处不在。充分共享是指在互联互通的基础上，在平台的支撑下，各类气象信息基础设施、数据信息资源、技术资源、研发成果都能充分共享。高度协同是指气象各业务之间，气象业务与科技之间，气象业务、服务、管理活动之间，气象系统与各行各业的经济社会系统之间能够和谐高效地协作，达到无缝连接、协同发展。全面融合是指智慧气象融入到国民经济的各个领域和人们的衣食住行之中，促进气象数据的挖掘与应用，基于气象的影响来做出生产生活中的正确决策，以“互联网气象+”改进决策、改进生产、改善生活、改造传统产业，使消费者在生产生活中深刻地体会到处处“离不开”气象。安全可控既包括气象信息基础设施、信息资源、业务应用系统安全可靠，对新技术新应用能做到“先审后用、能控则放、用中管控、安全审计”；又包括气象风险管理能力进一步提高，能够及时发觉并智能分析风险隐患，为社会、经济、环境等领域健康发展提供更加可靠的保障，使气象事件的不利影响和安全风险更加安全可控。
5 结束语
表面上看，智慧气象最关注的是产业创新和创造价值，强调物联网、云计算、大数据等信息技术应用，而非数值预报等天气预报技术。但深入分析可以看出，观测质量和预报准确率才是发展智慧气象最重要的基石。智慧气象离不开信息化，而信息化以数据为核心。数据资产是智慧气象产业创新和创造价值的源泉。没有高质量的观测数据和精准的预报预测，气象数据与其它领域数据融合分析就可能产生出更多、更偏离事实的错误信息，用于服务生活、指导生产就会造成更为严重的损失。所以，智慧气象不能脱离气象的“主业”，一定要重视业务质量的提高。