中國IDC圈2月18日報道：實況數(shù)據(jù)是氣象學(xué)科發(fā)展的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是模式數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭。如果沒有實況數(shù)據(jù)，計算機(jī)在運算“模式數(shù)據(jù)”時就少了初始值，即使是回歸到?jīng)]有計算機(jī)的人工預(yù)報時代，少了實況數(shù)據(jù)也無法進(jìn)行天氣預(yù)報。
有人說，在“大數(shù)據(jù)時代”這個概念出現(xiàn)前，最名副其實的大數(shù)據(jù)應(yīng)該數(shù)氣象數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)一貫以龐雜眾多數(shù)據(jù)量大而著稱，但無論氣象數(shù)據(jù)多么復(fù)雜，總體可以分為兩類：一類數(shù)據(jù)被稱為“實況數(shù)據(jù)”，一類被稱為“模式數(shù)據(jù)”。
簡單來說，實況數(shù)據(jù)屬于“一般過去時數(shù)據(jù)”，來自不同的觀測設(shè)備。采集實況數(shù)據(jù)的氣象站點遍布全球，觀測范圍從幾千米的高空到地面，觀測手段從高科技的雷達(dá)衛(wèi)星到最原始的人工觀測，這些數(shù)據(jù)的采集都是為了更真實地反映出地球外圍大氣圈的運動變化，而這些寶貴的數(shù)據(jù)也可以稱之為天氣預(yù)報之源。
模式數(shù)據(jù)與實況數(shù)據(jù)相比，可以說更簡單也可以說更復(fù)雜。簡單的是，這類數(shù)據(jù)僅由各類計算機(jī)的程序運算生成，屬于預(yù)測未來的“一般將來時數(shù)據(jù)”;說它復(fù)雜則是因為計算量非常龐大，運用到的計算公式也異常復(fù)雜，為了更真實地模擬全球大氣的走向，運算出的數(shù)據(jù)量也是十分驚人的!
下面，我們就一一來詳細(xì)揭秘這兩類“氣象大數(shù)據(jù)”。
天氣預(yù)報之源——實況數(shù)據(jù)
實況數(shù)據(jù)是氣象學(xué)科發(fā)展的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是模式數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭。如果沒有實況數(shù)據(jù)，計算機(jī)在運算“模式數(shù)據(jù)”時就少了初始值，即使是回歸到?jīng)]有計算機(jī)的人工預(yù)報時代，少了實況數(shù)據(jù)也無法進(jìn)行天氣預(yù)報。
那么，實況數(shù)據(jù)是如何采集的呢?
很多年前，實況數(shù)據(jù)的采集和傳輸工作大部分都要靠人力完成。氣象觀測員每天要定時記錄百葉箱內(nèi)的溫度、濕度等，并通過打電話、發(fā)電報等方式將全國觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。到今天為止，仍有很多發(fā)展中國家采用這種采集傳輸方式。
而隨著科技的發(fā)展，在計算機(jī)、電子和通信技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，實況數(shù)據(jù)的采集和傳輸技術(shù)也有了天翻地覆的變化。所有實況數(shù)據(jù)的采集和傳輸幾乎都可以通過自動化完成，僅有少數(shù)幾個項目需要人工參與，比如地面能見度觀測、施放探空氣球、衛(wèi)星軌道控制等。
目前，在氣象觀測站中溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等物理量均由電子控制的機(jī)械設(shè)備完成，這些觀測站配有嵌入式芯片，芯片上有一個精確的時鐘，可以準(zhǔn)時地周期性工作，例如在整點每隔5分鐘、10分鐘或1小時自動采集周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，并自動將采集的氣象數(shù)據(jù)編碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，發(fā)送到數(shù)據(jù)庫中。截至2015年年底，我國大約有50000多個這樣的地面觀測站，所有觀測站均為自動站。
由氣象觀測站觀測到的數(shù)據(jù)信息會首先在各省的氣象臺進(jìn)行匯總，然后通過“質(zhì)量控制”的環(huán)節(jié)，去掉或訂正某些由于觀測設(shè)備故障造成的錯誤數(shù)據(jù)，質(zhì)量控制過程同樣也是由計算機(jī)程序自動實現(xiàn)的。完成初步的質(zhì)量控制后，各省就利用FTP文件傳輸?shù)姆绞?，將該省該時刻全部觀測站點全部物理量數(shù)據(jù)打包為一個大文件，上傳到位于北京的國家氣象信息中心的通信臺。
世界其他國家的觀測數(shù)據(jù)的采集和傳輸也基本大同小異。除此以外，國與國之間也要進(jìn)行實況數(shù)據(jù)的交換，而且必須是無償交換。這是因為大氣的運動是全球性的，僅僅依靠本國的實況數(shù)據(jù)無法做出準(zhǔn)確的天氣預(yù)報，因此，世界氣象組織規(guī)定各國之間必須無償提供氣象觀測資料。不過，有的時候出于信息保護(hù)或軍事安全的考慮，并不會對外廣播全部的觀測站點數(shù)據(jù)。那么，每個國家需要義務(wù)提供多少站點信息，又以什么標(biāo)準(zhǔn)交換，都交換哪些觀測項目，這些都由世界氣象組織(WMO)制定和協(xié)調(diào)。
氣象大數(shù)據(jù)之魂——模式數(shù)據(jù)
模式數(shù)據(jù)是由高性能計算機(jī)根據(jù)當(dāng)前天氣實況數(shù)據(jù)(包括地面、高空、衛(wèi)星等)通過物理方程計算得出的?？梢院唵涡蜗蟮卣J(rèn)為，有這樣一套龐大的計算天氣預(yù)報的程序，輸入當(dāng)前已知的天氣現(xiàn)象，就可以輸出未來還沒有發(fā)生的天氣現(xiàn)象。計算出的天氣預(yù)報結(jié)果通常以規(guī)則的等經(jīng)緯度網(wǎng)格來表示，網(wǎng)格上的每一個點代表這個經(jīng)緯度上未來某時刻某個物理量(比如溫度)的數(shù)值。這就是現(xiàn)代天氣預(yù)報業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)叫“數(shù)值模式預(yù)報”，而這個龐大的計算機(jī)程序就被稱作“模式系統(tǒng)”。