作者夏雨
導語:

今年汛期冰雹多發,京城落下1元硬幣大小的冰雹,刷屏朋友圈。而早在冰雹落下前30分鐘,中國天氣網強對流天氣監測產品就已追蹤到冰雹信號,為防范災害爭取了寶貴時間。這個驚艷的產品背后,是一支12人組成的冰雹"獵人"團隊。

朋友,聽說過“追”冰雹的人嗎?

今年汛期冰雹多發,京城曾落下1元硬幣大小的冰雹,刷屏了朋友圈。而早在冰雹落下前的30分鐘,中國天氣網的強對流天氣監測產品就已經提前追蹤到了冰雹信號,為防范災害爭取了寶貴的時間。這個令人驚艷的產品背后,是一支由12人組成的冰雹"獵人"團隊。

這究竟是怎樣的一個團隊?帶著好奇,記者穿過長長的走廊,走進一個并不寬敞的開間,映入眼簾的是一個個在電腦前噼里啪啦敲代碼的身影,很難想象,正是這一群人,在強對流天氣來臨前化身"獵人",將大數據和人工智能作為他們的工具,捕捉那些可能帶來嚴重災難的冰雹信號。

困難重重 冰雹“善變”又“快閃”

冰雹資料圖片。

作為我國主要的氣象災害之一,冰雹災害雖不像干旱、暴雨等影響范圍大,但致災力極強。在農村,冰雹往往給農業造成重創,棉花、煙草、果樹等經濟作物和水稻等糧食作物,都可能因冰雹災害而絕收;而在城市,突降的冰雹常會砸壞戶外停放的汽車,如果冰雹個頭很大,還會造成人員傷亡。據民政部統計顯示,2000至2010年,我國因冰雹造成的經濟損失超過百億,百余人因強對流天氣遇難。

冰雹形成發展快、力量大,想要減輕冰雹災害造成的損失和傷亡,就必須爭分奪秒,盡早捕捉到冰雹信號。為了做到這一點,“獵人”們必須深入研究積雨云這片獵場,也就是雨水和冰雹等強對流天氣出生的地方。當云中的水汽遇到猛烈的上升氣流,被帶到0℃以下的高空時,就會凝結成小冰珠。隨著含水汽的上升氣流增大,小冰珠相互碰撞合并,在過程中逐漸變大,就像滾元宵一樣,從小冰晶變成大冰雹。然而,冰雹下落的時候,如果氣溫越來越高,冰雹很可能慢慢融化,落在地面的時候就不再是冰雹,而是雨水。因此,積雨云中的激烈碰撞,究竟會帶來固態的冰雹,還是液態的雨水,這是擺在"獵人"們面前的第一道難題。

而民間常說的"雹打一條線",則道出了"獵人"們的第二道難題。相對降雨來說,冰雹天氣影響的范圍更小,寬度最窄時僅有幾米,很可能出現街道這邊冰雹猛烈,那邊卻連冰雹的影子都見不著的景象。

第三道難題來自時間。通常,冰雹過程的持續時間較短,一般僅為2分鐘至10分鐘,少數情況下可持續十幾分鐘;高原地區的冰雹過程有時持續時間更長一些,少數可達30分鐘以上。如果不能盡早地捕捉到冰雹信號,那么目前最有效的防御冰雹的手段——人工消雹,就無法及早有效地開展。

現階段,我國的強對流天氣預測方法主要有兩種,一是短期預報,二是臨近預報。短期預報主要通過氣象探測設備采集的天氣要素(溫度、濕度、氣壓、風向、風速等),導入數值預報模式程序中,計算出未來天氣形勢。這種方法雖然能做出近幾天的預報,但是很難做到準確的什么時候、什么地點有閃電或下冰雹,且對數值模式依賴較大,不同的模式結果可能會有非常大的差異,對預報員經驗要求較高,準確率難以保證;而臨近預報則是依靠多普勒雷達,利用發射的雷達回波來對空氣中云霧、雨、雪等可降水粒子分布進行判斷,然而受雷達探測原理和現有雷達數量的限制,盡管這種方法相對準確,卻往往不能及時捕捉到強對流天氣發生前的征兆,甚至在冰雹發生以后才能有所察覺。

不忘初心 “獵人”啟程

既然追蹤冰雹如此困難重重,為什么還要去做呢?一位成員指著團隊的副總師薛冰打趣地說:“因為他名字里有個‘冰’??!”

膚色黝黑的薛冰嘿嘿一笑,帶著理工男特有的靦腆與耿直,介紹起他從事強對流預報的初衷來。2015年6月1日,“東方之星”號翻沉事件吸引了他的關注。當時,“東方之星”因突然遭遇罕見強對流天氣下擊暴流而翻沉,造成了442人遇難的慘劇。正如前文所說,強對流天氣,尤其是下擊暴流這樣短時間內極其激烈的天氣,只有發生在離雷達非常近的距離才能被發現,其他的常規氣象臺站和儀器也不能直接觀測到,更不必說提前預警。

傳統預報方法的局限性并沒有打消薛冰研究提前預警的初心,既然傳統的方法有欠缺,那就去尋找并嘗試新技術。恰巧此時,他有機會了解到了最新的大數據與人工智能技術。在中國氣象局公共氣象服務中心的支持下,強對流天氣預測正式成了薛冰應用新技術的方向,“獵人”團隊也就此逐步組建起來,冰雹預測則是他們研究的一個重要方向。

從無到有 大數據+人工智能立功

為了盡快掌握研發必需的Scala語言,在最初的幾個月里,團隊成員們都自發地留在辦公室里一直學習到晚上12點,從20多歲的年輕人到50多歲的資深專家,沒有一人掉隊。

在成員們一起攻克研發語言時,張國平總師的加入又給團隊注入了一劑強心針。張國平對新鮮事物極為敏感,他的微信朋友圈里,從環境保護到農業生產,從宇宙探索到宗教哲學,涉獵非常廣泛。他常常思考,這些領域的新動向和新技術是否能對冰雹預測會有所幫助,且動手能力極強,經常三兩天就能上手一個新技能,多方面進行嘗試。成員們開玩笑說,有了張總師,大家常會“一日三省吾身”:今天有沒有從張總師那里學到新東西?有沒有拖張總師的后腿?有沒有完成張總師交代的任務?

“巧婦難為無米之炊”,掌握了開發技術語言后,團隊又遇到了新的難題——缺乏大量的冰雹數據來反衍實驗。木訥少言的科研團隊開始學著走出去,動用各種關系找“米”。

在成員們的共同努力下,數據日益豐富。借助2010年以來大量冰雹實況數據,成員們開始對冰雹發生前、發生時和發生后,積雨云中的各種跡象進行分析比對,找出共性,分辨出冰雹發生前的征兆。而人工智能的加入,則使團隊如虎添翼,它可以通過模擬人的思考,擴展人的理論和方法,實現捕捉冰雹信號的自動化和智能化,減少了人為的延遲和干擾。至此,冰雹預報產品初具雛形,已經具備了對積雨云中的冰雹信號進行初步識別的能力。

不過,產品剛剛誕生,還需要通過不斷的實踐檢驗來逐步完善。不到2年的時間里,產品經歷了12次迭代更新,每一次迭代背后,都是成員們不分白天黑夜的付出。薛冰透露了一個大家在加入團隊后才逐漸養成的小習慣:刷微博。

他們稍有閑暇便掏出手機刷一刷微博,看看有沒有冰雹相關的網友爆料,如果有,就立即再與產品的監測預測結果相比對。

薛冰笑著說,大家現在總刷微博,家人戲稱他們變成了“網癮少年”。但對他們來說,只要是能了解到強對流天氣的一手資料,就應該去努力溝通。說到這里,薛冰搖了搖手機,對記者說道:“今年6月,在產品的實驗階段,有一個山西的微博網友說村里發生了冰雹,我馬上給他留言詢問具體位置,他立刻就給我回復了!我再去我們的產品上反查,發現產品也捕捉到了這個信號,特別欣慰!”

豐富數據 未來預測范圍將從華北拓展到全國

在2017年8月11日的北京冰雹過程中,團隊的“全國強對流服務產品加工系統”提前30分鐘識別出冰雹信號,提取出即將發生冰雹的區域,并全自動制作出了冰雹預警產品。要知道,提前30分鐘左右的強對流預警是世界性的難題,此次準確預警,標志著在攻克這一世界性難題上取得了突破性進展。

但由于降雹位置和時間的不確定性,時間和地點完全準確的冰雹預報目前還無法做到。作為國內第一家專業預報冰雹的團隊,他們也承受著巨大的壓力。

張國平表示,借助大數據和人工智能的力量,他們希望可以對強對流天氣系統及早進行“望聞問切”,不僅能捕捉到冰雹發生前的微弱征兆,還能更加精確地定位落區,不必等到“病入骨髓”才報告,而是“病在腠理”時就可以“早發現早治療”,越早越好。

目前產品還是1.0版,對華北的預測精度較高,但在東北及西南一帶,由于數據量不豐富,更多的實驗還沒能開展,預測的精度和提前量都有待提升,他們正在發掘更多的冰雹實況資料,包括來自媒體報道及公眾反饋的社會化觀測資料用于分析。此外,產品目前只能對未來2小時內的冰雹信號進行捕捉,未來,他們想把產品與具有長時間預報優勢的數值預報結合起來,從而實現更早捕捉到冰雹信號的目標。

“一年打基礎,兩年上臺階,三年謀發展”,張國平滿懷憧憬地說,“很快就要進入產品研發的第三年了,我們團隊一旦成功,對農業、交通運輸、航空等行業都是大有裨益,尤其是辛苦耕耘的農民朋友們,再也不用擔心一年的勞作被冰雹徹底摧毀了?!?/p>

上中國天氣網 冰雹獵人保護你

中國天氣網強對流天氣監測產品圖。

冰雹“獵人”團隊的作品在哪里可以看到?作為普通人,怎么才能第一時間知道哪里會有冰雹,和獵人們一起捕捉冰雹的信號呢?

張國平提醒,如果在天氣預報中聽到有強對流天氣的消息,就可以立刻登陸中國天氣網,上面有冰雹“獵人”團隊每10分鐘發布一次的未來2小時逐30分鐘強對流天氣預報,如果發現所在地即將迎來冰雹、閃電等災害性天氣,就可以通知親友,提前做好防范。

欄目制作團隊   監制:張碩 余曉芬   審核:劉文靜   編輯:夏雨    視覺效果:任成英    技術:李萌萌


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