人工智能會(huì)取代預(yù)報(bào)員嗎?

　　科幻小說作家劉慈欣曾在其小說《球狀閃電》中描述了這樣一種天氣預(yù)報(bào)：故事的主人公從氣象學(xué)院畢業(yè)后開發(fā)了一種系統(tǒng)，可以用來探測龍卷風(fēng)，并且把即將生成的龍卷風(fēng)扼殺在搖籃之中……

　　事實(shí)上，龍卷風(fēng)的預(yù)測在當(dāng)今仍然是一個(gè)難題，更不用說要駕馭龍卷風(fēng)使其變成戰(zhàn)爭武器。不過，人類或許可以借助一種新興技術(shù)在預(yù)測龍卷風(fēng)方面取得突破，這種技術(shù)就是人工智能——

　　2010年以后，尤其是最近兩三年，人工智能迎來增長爆發(fā)期，在數(shù)值模式資料同化和參數(shù)化、天氣系統(tǒng)識(shí)別、災(zāi)害性天氣監(jiān)測和臨近預(yù)報(bào)等天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域的應(yīng)用得到不斷擴(kuò)展。

　　伴隨人工智能應(yīng)用爆發(fā)式增長而來的是氣象預(yù)報(bào)員對于自身價(jià)值的擔(dān)憂：人工智能最終會(huì)取代預(yù)報(bào)員嗎，人工智能會(huì)對氣象預(yù)報(bào)甚至整個(gè)氣象行業(yè)帶來顛覆式變革嗎，未來預(yù)報(bào)員的價(jià)值何在?這一系列問題如幽靈一般，自人工智能在棋類比賽等領(lǐng)域徹底擊敗人類的那一刻起，就一直盤旋在氣象領(lǐng)域的上空。

　　在本文專家看來，未來，一定是預(yù)報(bào)員與人工智能和諧共處。

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　　人工智能的崛起

　　從20世紀(jì)80年代末到90年代初，人工智能技術(shù)在美國、加拿大、英國、法國等國家天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用掀起了一場熱潮。但這個(gè)時(shí)期的人工智能系統(tǒng)大多處于研制階段，只有不到20%的系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)地驗(yàn)證，極少數(shù)投入業(yè)務(wù)使用。

　　一直到2010年后，隨著新一代信息技術(shù)引發(fā)信息環(huán)境與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)變革，海量圖像、語音、文本等多模態(tài)數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，以及計(jì)算能力的大幅提升，人工智能才迎來增長爆發(fā)期。

　　國家氣象中心高級(jí)工程師朱文劍說：

　　“最近兩三年國外人工智能在天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域的應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，并且呈現(xiàn)出由傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)向深度學(xué)習(xí)發(fā)展的趨勢?！?/p>

　　目前，人工智能在天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域的應(yīng)用包括觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)值模式資料同化、數(shù)值模式參數(shù)化、模式后處理、天氣系統(tǒng)識(shí)別、災(zāi)害性天氣監(jiān)測和臨近預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)公文自動(dòng)制作等很多方面。

　　國內(nèi)氣象行業(yè)對人工智能技術(shù)的關(guān)注度也快速提高。中央氣象臺(tái)和清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出一種基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雷達(dá)回波外推方法，該方法比之前運(yùn)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行回波預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率提高了40%左右。

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　　弱人工智能時(shí)代

　　伴隨人工智能應(yīng)用爆發(fā)式增長而來的是氣象預(yù)報(bào)員對于自身價(jià)值的擔(dān)憂：人工智能會(huì)對氣象預(yù)報(bào)甚至整個(gè)氣象行業(yè)帶來顛覆式變革嗎，未來預(yù)報(bào)員的價(jià)值何在?

　　的確，人工智能憑借其超強(qiáng)的計(jì)算能力和強(qiáng)大的算法，在某些方面的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類。

　　比如，美國有一個(gè)關(guān)于雷暴生命史的實(shí)時(shí)預(yù)測模型做出的預(yù)報(bào)結(jié)果已經(jīng)明顯優(yōu)于人的主觀經(jīng)驗(yàn)。

　　然而，在朱文劍看來：

　　未來預(yù)報(bào)員與人工智能的關(guān)系一定是和諧且融洽的。盡管在圍棋等領(lǐng)域人工智能現(xiàn)在已經(jīng)可以完勝人類，但目前其仍處于弱人工智能階段，當(dāng)它能通過圖靈測試后才算進(jìn)入強(qiáng)人工智能的范疇。

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　　預(yù)報(bào)員的“嬰兒”

　　現(xiàn)在的人工智能幾乎都還局限于僅能夠有效完成專業(yè)任務(wù)的“狹義人工智能”范疇。

　　可以說，在目前的弱人工智能背景下，有多少“智能”，背后就有多少“人工”，因?yàn)槿斯ぶ悄軕?yīng)用包含了大量的數(shù)據(jù)挖掘分析、模型訓(xùn)練學(xué)習(xí)、檢驗(yàn)反饋等工作，而這些工作目前基本都是由人類來指導(dǎo)或訓(xùn)練機(jī)器完成的。

　　對此，朱文劍打了一個(gè)很生動(dòng)的比方：

　　在弱人工智能背景下，人工智能更像是預(yù)報(bào)員的嬰兒。

　　一個(gè)模型要想在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果，離不開大量的參數(shù)調(diào)試(學(xué)習(xí)過程)，并且要保證“飲食健康”(輸入數(shù)據(jù)要可靠，數(shù)據(jù)量要充足)。當(dāng)一個(gè)人工智能模型被訓(xùn)練好后(嬰兒長大成熟了)，就可以讓預(yù)報(bào)員減少很多繁瑣的工作，并享受更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)結(jié)果。

　　所以說，未來預(yù)報(bào)員就是人工智能的爸爸媽媽。

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　　優(yōu)勢互補(bǔ)才是相處之道

　　無論如何，在預(yù)測和分析關(guān)鍵性和轉(zhuǎn)折性天氣過程中，人類的作用暫時(shí)還無法被替代。

　　人類在掌握天氣氣候動(dòng)力學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，對復(fù)雜天氣形勢能夠有更為準(zhǔn)確的把握，并且會(huì)對小概率事件進(jìn)行有針對性的分析和聯(lián)合會(huì)商，而這正是目前人工智能的短板所在。

　　中央氣象臺(tái)與港澳氣象部門首次聯(lián)合會(huì)商，共織“天網(wǎng)”捕捉風(fēng)王“山竹”。

　　朱文劍說：

　　“一方面，人類需要做好數(shù)據(jù)的前期處理工作，確保人工智能吃進(jìn)的食物安全、健康;另一方面，人類需要站在人工智能的肩膀上，利用深度學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別等技術(shù)在資料同化、模式參數(shù)優(yōu)化、模式后處理等方面的優(yōu)勢，使其成為數(shù)值預(yù)報(bào)的得力助手。如果將氣象預(yù)報(bào)比作一支雙人舞的話，那么這支舞需要‘人工’和‘智能’通力協(xié)作才能跳好。”

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　　人工智能遇上物聯(lián)網(wǎng)

　　處于弱發(fā)展階段的人工智能，“營養(yǎng)”當(dāng)然要跟上。

　　朱文劍解釋說：

　　“人工智能的‘食物來源’主要有兩類，一類是氣象站、衛(wèi)星等獲取的實(shí)況數(shù)據(jù)，另一類是數(shù)值模式方面的資料和產(chǎn)品，也就是模式數(shù)據(jù)?！?/p>

　　在將這些數(shù)據(jù)用來“喂養(yǎng)”人工智能算法之前，需要確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量，否則人工智能就可能“生病”。

　　朱文劍認(rèn)為：

　　在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助下，任何物品，包括手機(jī)、車輛、雨傘等都可能成為潛在的獲取氣象數(shù)據(jù)的通道，尤其是隨著可穿戴設(shè)備的不斷發(fā)展，未來每個(gè)人都可能成為氣象數(shù)據(jù)源。

　　2015年成立的美國天氣技術(shù)公司ClimaCell開創(chuàng)了利用現(xiàn)有的無線通信基礎(chǔ)設(shè)施和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)的技術(shù)，可獲得時(shí)間分辨率至分鐘級(jí)、空間分辨率精細(xì)至街道的溫度、降水、風(fēng)向風(fēng)速等觀測數(shù)據(jù)。

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　　人工智能遇上大數(shù)據(jù)和AR

　　有了豐富的“食物”之后，就可以結(jié)合大數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，提取出對氣象預(yù)報(bào)最有價(jià)值的信息。朱文劍說：

　　“我們可以利用AR、VR(虛擬現(xiàn)實(shí))、MR(混合現(xiàn)實(shí))等技術(shù)來加強(qiáng)公眾的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)，并且教他們在臺(tái)風(fēng)、暴雨、冰雹等強(qiáng)天氣事件發(fā)生時(shí)如何有效避險(xiǎn)?！?/p>

　　AR具有很強(qiáng)的趣味性，因此公眾參與的積極性應(yīng)該會(huì)很高。當(dāng)公眾在AR中知道如何避險(xiǎn)后，遇到真實(shí)世界中的突發(fā)性氣象災(zāi)害就能更好地應(yīng)對，這是保障公眾生命財(cái)產(chǎn)安全的關(guān)鍵一環(huán)。

　　例如，之前美國天氣頻道公司利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示了2021年颶風(fēng)“佛羅倫薩”引發(fā)的巨大風(fēng)暴潮及其嚴(yán)重影響。

　　近2米高的海浪就在氣象預(yù)報(bào)主持人的身后波動(dòng)起伏，在風(fēng)中搖擺的樹木、被洪水淹沒的街道、街道上漂浮的汽車等各種物體、建筑物發(fā)出的吱吱聲……所有這些都能讓居民更好地意識(shí)到颶風(fēng)的嚴(yán)重性，從而更快地做好應(yīng)對準(zhǔn)備或及時(shí)撤離。

　　當(dāng)這些技術(shù)發(fā)展到一定階段時(shí)，我們不難想象這樣的場景：

　　—當(dāng)你在導(dǎo)航地圖App上設(shè)定好路線之后，人工智能系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)行程提醒你在行程中將會(huì)面臨哪些不利的天氣現(xiàn)象，并給出相應(yīng)的解決方案;

　　—在行程當(dāng)中，車輛會(huì)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動(dòng)感知周邊環(huán)境，比如路面濕滑情況、空氣污染狀況、能見度等，并實(shí)時(shí)播報(bào)車外的環(huán)境狀況;

　　—在手機(jī)上可以通過攝像頭疊加AR技術(shù)將未來可能出現(xiàn)的各種天氣現(xiàn)象以非常逼真的形式展現(xiàn)出來……