袁行远 彩云天气 创始人&CEO

听了这么多年的“局部地区有雨”真的要成为历史了

造就 TALK · 2017-08-18 · 12:03:00

提到天气预报,可能很多人脑海中的画面是这样的:新闻联播之后的五分钟,主持人在台上给大家讲今天的天气如何。

科幻小说作家刘慈欣描述了另一种天气预报,故事的主人公从气象学院毕业之后,发现了一种系统,可以用来探测龙卷风,能把即将产生的龙卷风扼杀在摇篮之中,这个系统很快推广到了全世界。

直到有一天,中国和美国发生了战争。中国的航空母舰遭到了三颗导弹的袭击,而这三颗导弹并没有直接攻击航母。大家很奇怪,发现导弹周围形成了三股巨大的龙卷风。这些导弹其实改变了海水当中的空气,航母就被击沉了。

这样科幻的场景是否能够实现呢?我们来看一看目前的探测手段是怎么样处理极端天气的? 目前处理极端天气主要的探测手段来自于气象雷达,在工作的时候,它们会往外发出无线电波。

气象雷达经常被放在高山上,或者放在建筑物的屋顶,它可以向周围发出230公里的无线电波,就像蝙蝠一样。

你可以探测天气的情况,想象一下你用耳朵可以听见外面正在哗哗地下雨,而天气雷达就是给你一副顺风耳,你可以听到两百公里以外是否正在下雨。

天气雷达生成的图像供人们去解读。大家看到的这种钩状回波,就是龙卷风在雷达图上的明显特征。

今年6月23号,龙卷风过后对阜宁县造成了非常大的损失。于是,大家想这样的风暴能不能被预测? 

事实上,当天下午,12点57分,和下午的14点39分,阜宁县气象台都连续两次发出预警,告诉大家我们已经发现了有很严重的气象灾害,希望大家能够预防。

值得称赞的是,中国气象爱好者的微博和微信也发出了预警消息。苏北是我国的龙卷风走廊,当地需特别要防范冰雹和龙卷风。

中国气象爱好者的编辑还打电话给家里,告诉大家你应该提前预防。所以,通过努力,值班预报员其实已经看到了极端的天气,并且也通知到了大家。

用科学手段来预报极端天气

然而,只是通过人,其实并不完美。因为人不是24小时工作的,极端天气应该有一套自动化的系统。

这是我们开发的一套冰雹的防御系统,冰雹接近的时候,预警就会变成黄色,那么更接近的时候就会变成红色,并且可以计算出冰雹的速度和方向,然后同时可以指挥地面的部队,防雹队可以往冰雹上打一些炮弹,这样可以减少冰雹带来的损失。

因此,对极端自然天气而言,其实以现在的科学技术,并不是完全无能为力。在美国,龙卷风可以提前五到十分钟来预测。相信经过我们的努力,极端的天气也是有办法应对的。

但是中长期的天气是否能够被预测呢?这个问题科学家也思考了很久,他们把地球画成很多个网格,以每一个经纬度做一个划分,同时把大气层也分成很多层,这样一个三维的网格就可以罩在地球上。

每一个网格上面的一个点有温度、湿度、气压、风力风向等气象要素,根据不同的物理定律,以及应用方程,可以预测出在下一个时刻这些气象要素应该变成什么样,所以数据预报体系其实已经模拟出一个星球。

这是美国大气与海洋管理局对东亚地区的一个风场和雨量的描绘,大家可以看见,就是已经可以很精细的看到全球每一个经纬度上面的天气情况,目前这一套系统可以最长预测两周。

大家看到这个软件是日本科学家所做的,名字叫earth wind map,开源软件,大家可以去下载。这套软件所描绘的洋流,看起来五颜六色的,有没有一点像梵高的星空呢?洋流的图像很漂亮,并且大家可以看见洋流对中国和全球气候的影响非常剧烈。

众所周知的厄尔尼诺天气,就是因为神秘洋流的影响,造成了太平洋海水的升高,从而改变了全球的气侯。 其实在去年的时候,大家就知道今年的台风,因为今年是极端的厄尔尼诺天气,所以会造成洪水很多,事实也是这样的。

这是武汉一年的情况,我们看见洪涝灾害对中国造成了很大的影响,而这个灾害是否是能被预测的呢?

其实我们早就知道中国的灾害会很大,国家防总在今年4月份就说过,目标是防御1998年以上的长江特大洪水,气象学家在一年以前就能够预测到可能会遇到一个很极端的天气,并且我们国家也提前两个月做出了应对和部署。

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但是为什么还会有洪涝灾害呢?可能是因为我们的城市建设目前还没有跟上。所以希望到下一次有这样的大洪水来之前,我们的城市建设可以跟上,以应对这样极端的天气。

有可能准确知道几点几分下雨吗?  

针对个人,我们关心的是更精准的天气预报。我们想要知道的并不笼统的是上海地区中午可能会有雨,我们想知道更具体的,比如说梅赛德斯奔驰中心未来三十分钟以后会不会下雨。 那么,几点几分的天气预报真的成为现实了吗?我们构建了一个深度神经网络,通过超过三千核的GPU进行预算,累积上百万张雷达图后,把所有的天气分成两类,一类是马上就会下雨的,一类是不会的。

在两年的时间当中,我们通过超过两百万张雷达图的累积,四万亿次的预报数据,就能够精确地预测,在某地遇到某些天气情况的时候,我们就能预测到底是否会下雨。 

最神奇的一点,并不是通过设计的某一条标准去预测的。而是我们通过一个神经网络告诉计算机,在这样的情况下下了雨,在另一个情况没有下雨,那么计算机就自己学会了哪些情况是有雨的,通过分析前面几张图像,然后来预测下面几张图像。

同时,我们也得到了用户的支持,每天都有几千条用户的反馈来自于全国各地,他们会告诉我们真实的预报是怎样的。 经过几年的累积,这个分钟级的天气预报,目前已经有了上百万的用户,这一套系统还希望能够给更多的地方使用,所以我们公开了自己天气预报的API,这一套API可以给其他的天气APP使用。

比如小米手机,现在自带的天气APP里面的自带的雾霾预报就是彩云提供的,这一套系统不仅可以预测将来天气几点几分下雨,也可以通过同样的方法去预测未来的空气质量。

同样的,不需要告诉计算机,雾霾是怎样形成的。只需要告诉计算机的是曾经这个地方发生了雾霾,至于为什么,都是让计算机自己去学习的。

这是人工智能的魅力。

而这样的API还给到了像滴滴打车做动态调价,像饿了吗的外卖,调整它的路线,以及我们跟高德地图在合作开发避雨的路线规划。这样越来越多的应用,都使得我们认识到分钟级的天气预报其实是可行的。  

人工智能助力实现精准预报天气的梦想 

回顾天气预报发展的历程,其实人工智能之父——图灵扮演了非常重要的角色。

1943年,在可计算的论文里,他提出我们可以创造一个机器去模拟人的思维,而这个机器后来被冯·诺依曼实现了,但他最开始实现的时候,仅仅希望做一个计算原子弹爆炸的机器。

气象学家和冯·诺依曼合作,在1956年的时候真正推出了一款数值天气预报,随着五十多年的发展,数值天气预报大家看到了,可以越来越精确地预测全球每十平方公里为隔点,未来两周的天气情况。

这是星缘山风队,是一个组织周末去看星星的聚会。他们的领队告诉我说,他们也非常希望有精确的天气预报,为什么呢?因为你看星星的时候,你会看明天后天会不会下雨。

曾经有一个小孩儿,在很多年以前,当时还没有这种天气预报的程序,所以他就去网上找,到底什么地方可以用呢?他发现那一套数值天气预报的程序,刚好可以用它来预测天气。

但是当时国内还没有,所以他做了一个网站,名字叫做晴天钟,这个网站可以给天文爱好者使用,看到每一个日出、日落,然后辅助天文的观测,并且还可以做到气象的预报。 这个小孩儿后来非常爱好气象天文,他写了一篇科普的文章,叫做《人人都是气象专家,亲自预报几点几分下雨》。

而我呢,当时正在北京工作,就看见了这样一篇文章,我想,如果人可以用气象雷达去做今天的预报,那么机器应该也可以通过几点几分的预报来把天气预报做得更好。 当时我在北京的阿里巴巴集团工作,虽然有很好的前景,但是我仍然觉得我想要去做一些我喜欢的事情。当时想要去做天气预报,大家都觉得不可思议,为什么呢?

因为长期以来大家对天气预报的印象就是这个东西非常不准确,而且我又不是做这一行的,大家都会觉得你这个事情是不可能做到。

但是,我不在乎这种说法。为什么呢?因为我看到公园里有散步的老人,他可能会被一场降雨所袭击,有那么多的像天文爱好者,他们很希望知道将来的天气是什么样的,如果我们可以用自己的能力,让天气预报变得更准确,岂不是能够更多地造福社会。 

因此,我坚持尝试做了这一件事情。几年以后,当分钟级的天气预报已经成为了客观上的行业标准以后,我发现我们的用户不仅有像这种观星星的少年,还有那些拍婚纱的摄影师,那些建筑工地的工人,那些摆摊的小贩。

看到刚才武汉的大暴雨,还有阜宁县的群众,他们都非常迫切地希望能够有一个为他们保驾护航的系统,想象一下这些人他都需要更准确的天气预报,而且他会给我们做反馈,我们可以收到非常多的内容。

我希望在大家的支持之下,可以不负期望,实现精准天气预报的梦想。 

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