美國商業(yè)氣象服務(wù)及技術(shù)的進(jìn)展與啟示

孫健 陳鉆 李強(qiáng)

（中國氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081）

美國商業(yè)氣象服務(wù)及技術(shù)的進(jìn)展與啟示

孫健 陳鉆 李強(qiáng)

（中國氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081）

美國氣象服務(wù)市場是高度開放和成熟的，在200多家氣象公司中，以The Weather Company（TWC）和AccuWeather的規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)、體系最完善。這兩家公司依托海量、精細(xì)的氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，既提供常規(guī)的天氣信息，又提供深入的行業(yè)服務(wù)。TWC擁有按需預(yù)報系統(tǒng)、自主研發(fā)的精細(xì)化模式、海量數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和影視圖文制播系統(tǒng)等先進(jìn)的支持系統(tǒng)，在發(fā)展過程中擅長資本運(yùn)作；AccuWeather注重數(shù)據(jù)和專業(yè)知識的應(yīng)用，有精細(xì)數(shù)據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)、專業(yè)預(yù)警制作與發(fā)布系統(tǒng)、分鐘級預(yù)報系統(tǒng)和交互觸摸系統(tǒng)等獨(dú)特的系統(tǒng)。在高度細(xì)分的氣象服務(wù)市場中，TWC和Accuweather都打造了完整的服務(wù)體系。

氣象服務(wù)，The Weather Company，AccuWeather，數(shù)據(jù)平臺，精細(xì)化預(yù)報

0　引言

美國國家大氣研究中心（NCAR）研究[1]表明，美國每年天氣事件對經(jīng)濟(jì)的影響達(dá)到了4850億美元。根據(jù)美國大學(xué)大氣研究聯(lián)盟（UCAR）環(huán)境科學(xué)教育與培訓(xùn)組織COMET主任估計，美國天氣、氣候產(chǎn)業(yè)超過50億美元，而目前200多家氣象公司產(chǎn)值達(dá)到了20億美元。

美國天氣服務(wù)歷史久遠(yuǎn)，早在1848年，報紙上就有了天氣報告；1868年， Abbe嘗試在美國建立準(zhǔn)私人的氣象組織，雖然由于缺少資金支持最終Abbe的預(yù)報服務(wù)未成功，但天氣預(yù)報的需求已顯示出來。在五大湖區(qū)，由于天氣影響，貨運(yùn)船只損失嚴(yán)重，密爾沃基的自然科學(xué)家Lapham提出了開展天氣預(yù)報服務(wù)的建議，Lapham的建議得到了廣泛的重視，隨后氣象服務(wù)進(jìn)入了一個全新的發(fā)展時期；1870年，美國出現(xiàn)了國家氣象服務(wù)機(jī)構(gòu)；第二次世界大戰(zhàn)后，私營氣象服務(wù)興起[2]；20世紀(jì)60年代，有了類似為葡萄干晾曬提供天氣預(yù)報的非常專業(yè)的天氣服務(wù)[3]。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，美國形成了成熟的氣象市場體系，其氣象服務(wù)理念和技術(shù)手段都處于世界領(lǐng)先地位。近年來，美國在精細(xì)化預(yù)報、氣象大數(shù)據(jù)加工處理、云計算技術(shù)應(yīng)用等方面更是擁有先進(jìn)而獨(dú)特的技術(shù)。

本文針對The Weather Company（TWC）和AccuWeather兩家公司的氣象服務(wù)業(yè)務(wù)、技術(shù)體系、解決方案和發(fā)展歷史和理念等進(jìn)行對比分析，提出了學(xué)習(xí)借鑒的相關(guān)建議。

1　TWC公司及技術(shù)體系

TWC目前是美國也是世界最大的氣象公司，總部位于亞特蘭大，在美國和世界多地設(shè)有分支機(jī)構(gòu)，員工總數(shù)達(dá)1200多名。TWC由NBC環(huán)球、黑石集團(tuán)、貝恩資本共同所有，其前身為成立于1982年的美國天氣頻道公司。通過資本運(yùn)作，公司先后收購了多家氣象服務(wù)公司，隨著服務(wù)領(lǐng)域的擴(kuò)張，在2012年改名為The Weather Company，目前其服務(wù)領(lǐng)域包括氣象信息服務(wù)、電視氣象節(jié)目制作、氣象服務(wù)軟件銷售、航空專業(yè)氣象服務(wù)、能源氣象服務(wù)等，在多個方面，TWC成為了業(yè)內(nèi)的引領(lǐng)者。

1.1TWC技術(shù)框架

1.1.1TWC服務(wù)平臺

TWC服務(wù)平臺（圖1）由底層的數(shù)據(jù)倉庫、中間的數(shù)據(jù)平臺、業(yè)務(wù)平臺和最上層的產(chǎn)品平臺構(gòu)成，數(shù)據(jù)倉庫中存放了數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)和航空、能源等行業(yè)數(shù)據(jù)，通過SUN（Storage Utility Network）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲管理，SUN系統(tǒng)通過應(yīng)用程序接口（API）為業(yè)務(wù)平臺提供數(shù)據(jù)調(diào)用支持。當(dāng)TWC把SUN遷移到云端后，其處理能力達(dá)到十億量級，非常有力地支撐了TWC提供全球任意地點(diǎn)天氣預(yù)報的服務(wù)。同時，SUN系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)管理策略、安全控制方面的功能，在高效的同時，保證了數(shù)據(jù)資源的安全。

圖1　TWC服務(wù)平臺Fig. 1 Integrated service platform of TWC

TWC的業(yè)務(wù)平臺包括數(shù)值模式系統(tǒng)、按需預(yù)報系統(tǒng)、圖形制作系統(tǒng)、專業(yè)氣象服務(wù)制作系統(tǒng)等，業(yè)務(wù)平臺生成的產(chǎn)品最終通過網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、有線電視等手段提供給用戶。

TWC的這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)既能單獨(dú)提供某一方面的氣象服務(wù)，又有機(jī)結(jié)合成一個整體，相互之間的數(shù)據(jù)訪問、資源共享控制非常方便，共同為TWC提供全面的氣象服務(wù)發(fā)揮作用。

1.1.2TWC數(shù)據(jù)平臺

TWC用于氣象服務(wù)的數(shù)據(jù)非常豐富，既包括衛(wèi)星、雷達(dá)、模式預(yù)報、閃電、美國國家氣象局發(fā)布的官方預(yù)報等常見的氣象數(shù)據(jù)，還包括用戶數(shù)據(jù)、自有氣象站的觀測數(shù)據(jù)等，一些獨(dú)特的數(shù)據(jù)是其重要的資源優(yōu)勢。根據(jù)TWC的理念，更多的數(shù)據(jù)才能提供更加準(zhǔn)確的天氣預(yù)報。平臺上還整合了用戶和行業(yè)數(shù)據(jù)，并應(yīng)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，與氣象數(shù)據(jù)結(jié)合，使服務(wù)的目的性更強(qiáng)，定位更加準(zhǔn)確。

針對大量數(shù)據(jù)的處理，TWC采用了關(guān)系數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合的方式，通過實(shí)施優(yōu)良的數(shù)據(jù)緩存方案，保證高效的服務(wù)。TWC也具備嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，這為后期應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。最終的數(shù)據(jù)通過推送API的方式提供給業(yè)務(wù)平臺使用，服務(wù)對象包括氣象節(jié)目圖形制作系統(tǒng)、第三方的氣象信息服務(wù)商、個人用戶、企業(yè)用戶以及各類數(shù)字系統(tǒng)等。

1.2TWC數(shù)值預(yù)報與應(yīng)用系統(tǒng)

1.2.1數(shù)值預(yù)報體系

根據(jù)美國天氣預(yù)報準(zhǔn)確率對比網(wǎng)站ForecAstadvisor（www.forecastadvisor.com）的統(tǒng)計，TWC在美國的預(yù)報準(zhǔn)確率處于領(lǐng)先地位，這與TWC自身擁有完整的數(shù)值預(yù)報體系密切相關(guān)，其數(shù)值預(yù)報與應(yīng)用系統(tǒng)包括數(shù)值預(yù)報模式、數(shù)值預(yù)報集合系統(tǒng)、人工干預(yù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分發(fā)體系等（圖2）。

從圖2可以看到，TWC集成使用的數(shù)值預(yù)報模式結(jié)果除了來自GFS和ECMWF這樣官方公開的數(shù)值模式外，還有自己研發(fā)的數(shù)值模式（Rapid Precision Model，RPM），這些模式結(jié)果通過數(shù)值預(yù)報集合系統(tǒng)gDicast進(jìn)行集合后，進(jìn)入了按需預(yù)報系統(tǒng)FoD（Forecast on Demand），F(xiàn)oD通過整合模式預(yù)報結(jié)果與各類實(shí)況觀測數(shù)據(jù)（雷達(dá)、衛(wèi)星、閃電監(jiān)測、氣象站觀測等），可以提供任意地點(diǎn)的最新預(yù)報數(shù)據(jù)。在FoD中，一個重要的功能是過濾器，通過過濾器設(shè)定的條件，實(shí)時輸入數(shù)據(jù)的變化會觸發(fā)不同規(guī)則對預(yù)報結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，過濾器的設(shè)定既可以是預(yù)設(shè)的，也可以是人工實(shí)時設(shè)定。這一方法不同于傳統(tǒng)的插值獲得任何地點(diǎn)預(yù)報數(shù)據(jù)的做法，其用模型代替了插值，因而預(yù)報效果更加準(zhǔn)確。

圖2　TWC數(shù)值預(yù)報體系Fig. 2 Numerical weather prediction system of TWC

數(shù)值系統(tǒng)中另一個重要的成員是人工干預(yù)系統(tǒng)（Humans Over The Loop，HOTL），在降水、重要天氣方面，氣象專家應(yīng)用氣象知識對數(shù)值預(yù)報集合的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，其結(jié)果返回到FoD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中，并在FoD的實(shí)時更新中持續(xù)作用調(diào)整結(jié)果。FoD同時還具有數(shù)據(jù)分發(fā)、處理的功能，根據(jù)用戶請求，F(xiàn)oD將最新的預(yù)報結(jié)果根據(jù)用戶的位置、終端返回，整個過程非常迅速，用戶絲毫感受不到計算和數(shù)據(jù)處理過程中的延時。FoD中，實(shí)時數(shù)據(jù)的更新依賴于TruPoint系統(tǒng)，TruPoint是TWC子公司The Weather Channel擁有的一個獨(dú)特系統(tǒng)，其可以高效、及時、精確在美國大陸地區(qū)發(fā)布本地化的實(shí)況數(shù)據(jù)，融合了氣象觀測站、雷達(dá)、衛(wèi)星、閃電定位、數(shù)值模式、氣候等數(shù)據(jù)。

FoD可以提供長期和短期的預(yù)報結(jié)果，二者中都包括了人工干預(yù)的功能，但短期預(yù)報過程更為復(fù)雜，短期預(yù)報中數(shù)據(jù)資料、規(guī)則應(yīng)用、邏輯判定的過程更加復(fù)雜，同時還會參考長期預(yù)報的結(jié)果，還具有誤差訂正、美國國家氣象局預(yù)警優(yōu)先發(fā)布等功能。

FoD是TWC的核心系統(tǒng)，其能提高預(yù)報準(zhǔn)確率基于以下4個原因：1）獨(dú)特的位置處理：通過獨(dú)特方法精確處理預(yù)報地點(diǎn)的信息，溫度和降水的預(yù)報準(zhǔn)確率分別提高了2°F和15%；2）高頻次的更新：當(dāng)一有新數(shù)據(jù)到達(dá)時，F(xiàn)oD立即進(jìn)行處理，對第1天的預(yù)報每日更新達(dá)96次，第2～15天的預(yù)報每當(dāng)數(shù)值預(yù)報有新的輸出時更新，每天共24次；3）科學(xué)的數(shù)據(jù)處理：應(yīng)用數(shù)值預(yù)報全部的輸出結(jié)果，而不僅僅一些點(diǎn)上的結(jié)果，從數(shù)值預(yù)報中提取和校正數(shù)據(jù)的方法有再預(yù)報經(jīng)驗(yàn)、全體概率密度函數(shù)校正等方法；4）專家干預(yù)：對預(yù)報結(jié)果進(jìn)行專家干預(yù)，通過專家對預(yù)報中系統(tǒng)難以自動處理的天氣進(jìn)行特征、程度、影響等方向的優(yōu)化。

與FoD類似的還有一個CoD系統(tǒng)，即按需實(shí)況系統(tǒng)，其用于提供任意位置的實(shí)況數(shù)據(jù)。

1.2.2TWC自主研發(fā)模式RPM

TWC對自有數(shù)值模式的發(fā)展有16年的歷史，目前其核心使用的RPM是由TWC/WSI（Weather Service International）公司自2003年開始發(fā)展的全球模型，RPM基于中尺度天氣數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)WRF（版本：WRF-ARW 3.5.1）發(fā)展而來。在其發(fā)展過程中，預(yù)報時效和更新頻次不斷提升，在2012年達(dá)到了逐小時更新；同時空間分辨率不斷提高，2008年底在北美地區(qū)的空間分辨率達(dá)到了4km，目前能在全球范圍進(jìn)行12 km分辨率的預(yù)報；RPM還不斷通過增加物理過程和輸入資料來提高模式的預(yù)報準(zhǔn)確率。RPM不僅是TWC/ WSI目前集合預(yù)報所使用的核心預(yù)報模型之一，基于其強(qiáng)大的后處理功能，為行業(yè)服務(wù)提供了豐富的服務(wù)產(chǎn)品，并且與TWC公司的其他系統(tǒng)也有密切的聯(lián)系。

RPM是第一個將WRF應(yīng)用于全球模擬、初始化采用雷達(dá)資料同化、擁有30min～1h間隔的成套后處理產(chǎn)品。RPM采用雙向嵌套，擁有詳細(xì)的對流處理參數(shù)化方案，尤其在預(yù)測對流性降水上表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。在美國大陸地區(qū)，RPM溫度和降水的預(yù)報效果好于美國國家氣象局的GFS預(yù)報。

1）RPM基本結(jié)構(gòu)

RPM系統(tǒng)平臺在Linux系統(tǒng)上運(yùn)行，由資料同化、改進(jìn)的WRF和后處理功能三部分組成，其功能要多于一般的數(shù)值預(yù)報模式。根據(jù)應(yīng)用的需要，RPM增加了輸出變量，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行了有機(jī)的整合。

2）RPM的分辨率

目前RPM可以提供12 km和4 km分辨率的預(yù)報，其中4 km的模型具備雷達(dá)和觀測資料的同化功能，結(jié)果中能分辨出對流尺度的系統(tǒng)。兩種結(jié)果都可以通過降尺度技術(shù)得到1 km分辨率的預(yù)報結(jié)果。

RPM時間分辨率全球?yàn)?小時，在美國大陸地區(qū)可以達(dá)到30分鐘，預(yù)報時效為72小時。

3）RPM的預(yù)報變量

RPM預(yù)報變量包含25種常用氣象要素、相關(guān)氣象指數(shù)（如惡劣天氣指數(shù)、火險指數(shù)）、航空氣象預(yù)報變量（能見度、降水類型、飛機(jī)潛在結(jié)冰、湍流、急流等）以及降水類型診斷等。

4）RPM的團(tuán)隊(duì)支持

RPM是TWC用于預(yù)報服務(wù)的核心模型之一，其開發(fā)團(tuán)隊(duì)成員有10人，另有5人的團(tuán)隊(duì)協(xié)助RPM數(shù)據(jù)的應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)除了基于RPM模式的開發(fā)外，還對WRF模式開展了改進(jìn)工作，其中的一些改進(jìn)被NCAR在新版本的WRF中所采用，如有關(guān)時間步長的匹配方法（adaptive time step）等。

1.2.3TWC氣象圖形制作系統(tǒng)MAX

Max是TWC最新氣象圖形制作系統(tǒng)，經(jīng)過多年的發(fā)展和升級，Max的功能已不僅僅是簡單的氣象圖形制作系統(tǒng)，其綜合了多種功能，包括Max Sky、Max Studio、Max One等。其中，Max Sky根據(jù)RPM的預(yù)報數(shù)據(jù)生成當(dāng)?shù)靥鞖獾娜S可視場景，觀眾感受到的不再是冰冷的數(shù)據(jù)，而是整合了天空云量、風(fēng)力、天氣狀況的情景展示，這種逼真的天氣場景非常具有震撼力。Max Studio提供了與觀眾互動的功能，這在突發(fā)天氣發(fā)生時非常有用，用戶通過Max Social可以上傳當(dāng)?shù)氐那榫靶畔ⅲ@些文字、圖片、視頻信息可以直接進(jìn)入直播節(jié)目中使用，不僅豐富節(jié)目的內(nèi)容，還成為了氣象專家和用戶交流的一種途徑。此外，社交應(yīng)用Facebook、Twitter的內(nèi)容也可以直接在平臺上展示。Max One直接提供直播節(jié)目的數(shù)字格式，這就可以非常方便地為網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)設(shè)備提供視頻服務(wù)，方便用戶在哪都能看到視頻。通過這些系統(tǒng)，Max和其他系統(tǒng)可以有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)視頻服務(wù)與新媒體的結(jié)合，吸引更多用戶使用TWC的服務(wù)。

2　AccuWeather公司簡介及技術(shù)體系

AccuWeather是由 Joel N. Myers博士于1962年創(chuàng)建，總部位于美國賓州大學(xué)城，目前AccuWeather全球員工超過400名（包括115名預(yù)報員）；在氣象信息服務(wù)、報紙、電臺、網(wǎng)站、手機(jī)應(yīng)用、行業(yè)用戶（鐵路）等方面具有統(tǒng)治或領(lǐng)先地位。擁有52年的創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)的AccuWeather是全球天氣信息和數(shù)字媒體的領(lǐng)導(dǎo)者，是數(shù)字天氣媒體和信息行業(yè)中最有經(jīng)驗(yàn)、最值得信賴的品牌之一。他們通過與全球主要的數(shù)字設(shè)備生產(chǎn)商合作，為蘋果（iOS）、安卓（Android）、Windows Mobile、黑莓（Blackberry）等平臺開發(fā)了很多獲獎應(yīng)用，同時為用戶提供每天多達(dá)85億次數(shù)據(jù)請求的服務(wù)。此外，該公司還為上千家報紙、電臺和電視臺以及18萬第三方網(wǎng)站和13億聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供天氣信息。

2.1AccuWeather一體化平臺

AccuWeather為企業(yè)用戶，如金融、零售、醫(yī)療、交通運(yùn)輸、公用事業(yè)以及政府機(jī)構(gòu)提供精細(xì)化和長期氣象服務(wù)。AccuWeather強(qiáng)大的服務(wù)能力依托于高效一體化的服務(wù)平臺（圖3），平臺通過預(yù)報數(shù)據(jù)庫、預(yù)警發(fā)布體系、MinuteCast? （逐分鐘預(yù)報）等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、處理、計算、發(fā)布一整套的解決方案，既可以提供逐分鐘，也可以提供長達(dá)45天的長期預(yù)報服務(wù)，在關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，AccuWeather還開發(fā)了基于美國和全球范圍的專利技術(shù)、專有預(yù)報和解決方案。平臺上各系統(tǒng)之間銜接流暢，API接口功能豐富強(qiáng)大，有利于新功能和系統(tǒng)的融入。

圖3　AccuWeather一體化服務(wù)平臺Fig. 3 Integrated service platform of AccuWeather

2.2AccuWeather專有的通用預(yù)報數(shù)據(jù)庫（UFDB）

AccuWeather的通用預(yù)報數(shù)據(jù)庫（UFDB）目前對全球超過300萬個地點(diǎn)提供多達(dá)25個天氣變量的預(yù)報，預(yù)報頻率為45天的逐天預(yù)報和15天的逐小時預(yù)報。以48種語言和100多種方言生成預(yù)報。獨(dú)特的自然文字輸出可以生成用戶指定的文字輸出長度。

UFDB是世界上最先進(jìn)和最悠久的預(yù)報數(shù)據(jù)庫之一，預(yù)報模型在幾十年收集的數(shù)據(jù)上生成結(jié)果，輔以氣象專家的人工優(yōu)化，為用戶在地球上的任意一點(diǎn)提供氣象預(yù)報。預(yù)報基礎(chǔ)有很強(qiáng)的擴(kuò)展及延伸性，可將全球獲得的天氣資源數(shù)據(jù)，包括政府氣象服務(wù)、私人氣象公司數(shù)據(jù)、專門的傳感器網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報模型和公司自己專有的數(shù)據(jù)集融合于獨(dú)特和不斷增長的模型中，從而提供非常精準(zhǔn)的全球范圍預(yù)報。

UFDB的精準(zhǔn)預(yù)報基于大量高精度輸入數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)除了各種實(shí)時觀測數(shù)據(jù)外，還包括高精度的全球及本地預(yù)報模型，比如ECMWF、美國的GFS和CFSv2模型，以及很多其他隨機(jī)程序、模擬退火算法（simulated annealing）、綜合指導(dǎo)和專有的優(yōu)化程序。數(shù)據(jù)輸入還包括統(tǒng)計后期處理指導(dǎo)（MOS），專有數(shù)據(jù)輸入調(diào)整來去除偏差，詳細(xì)的氣候和獨(dú)特的輸入，將數(shù)值預(yù)報模式下調(diào)到微觀尺度（例如地形效果和土地利用）。

當(dāng)數(shù)據(jù)被優(yōu)化并解碼到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后，程序會采用一致性算法來確保所有的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)類型的統(tǒng)一。然后每隔幾分鐘，算法系統(tǒng)會利用雷達(dá)、衛(wèi)星圖像和其他覆蓋全球的信息進(jìn)行更新。在必要的時候，預(yù)報專家會對算法的輸出進(jìn)行必要的人工干預(yù)。預(yù)報結(jié)果會根據(jù)用戶的設(shè)定生成多種語言及多種格式，并通過API供各種設(shè)備和應(yīng)用來使用。

UFDB除了預(yù)報標(biāo)準(zhǔn)的天氣信息外，還會輸出天氣影響的通知，比如“將有巨大和嚴(yán)重的龍卷風(fēng)”、“極熱將使戶外活動變得危險”。對于降雪活動會有“道路將大面積濕滑”。還有一些針對潛在惡劣天氣的通知，比如“注意可能形成的熱帶風(fēng)暴系統(tǒng)”或“潛在的巨大冬季風(fēng)暴”。這些通知可以讓用戶了解潛在的危險，使他們更頻繁查詢更新的預(yù)報。

2.3SkyGuard天氣預(yù)警系統(tǒng)

天氣預(yù)警是各行業(yè)用戶需求非常高的一種服務(wù)。通過自己的專業(yè)優(yōu)勢，AccuWeather建立了一套針對企業(yè)用戶的天氣預(yù)警制作、接收方案——SkyGuard。SkyGuard提供企業(yè)級的解決方案，根據(jù)天氣如何影響企業(yè)、醫(yī)院、學(xué)校的運(yùn)作，提供個性化的預(yù)警信息，從而保證這些單位的安全性和連續(xù)性運(yùn)作，降低運(yùn)營成本和其他風(fēng)險。SkyGuard提供及時精準(zhǔn)預(yù)警信息幫助用戶做出決策，防止不必要的生產(chǎn)關(guān)閉，有利于企業(yè)設(shè)施運(yùn)作的決定并改善整體財務(wù)表現(xiàn)。此服務(wù)適用于銀行、百貨公司、生產(chǎn)設(shè)施、體育場館、鐵路、物流操作及任何會受到天氣威脅的地方。SkyGuard服務(wù)于全球700多個客戶，包括6個美國最大的公司和美國財富100強(qiáng)的76家公司及北美的鐵路系統(tǒng)。

SkyGuard主要由預(yù)警生成系統(tǒng)（SmartWarn）、預(yù)警消息池（Message Center）和預(yù)警接收系統(tǒng)（SkyGuard Online和SkyGuard Mobile）組成。SmartWarn是氣象專家的預(yù)警制作平臺，氣象專家根據(jù)天氣信息繪制有重要影響的天氣等級和區(qū)域，在這一過程中，氣象專家完全不用考慮不同用戶的需求，只需要關(guān)心惡劣天氣的等級、影響范圍、發(fā)生時間等專業(yè)問題，當(dāng)專家完成預(yù)警區(qū)域的標(biāo)識后，系統(tǒng)根據(jù)等級和區(qū)域自動匹配目標(biāo)用戶，并生成預(yù)警信息進(jìn)入預(yù)警消息池。然后，用戶可以通過SkyGuard自動獲取個性化的預(yù)警信息及公共預(yù)警信息。如果用戶對天氣預(yù)警信息有疑問，可以直接聯(lián)系發(fā)布預(yù)警的氣象專家進(jìn)行咨詢。

SkyGuard Online是企業(yè)用戶用于接收天氣預(yù)警及分析的網(wǎng)絡(luò)平臺。鑒于各企業(yè)對商業(yè)軟件安全性的容忍度不同，該網(wǎng)站在保證企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全前提下，最大限度地為企業(yè)用戶構(gòu)造了一個集災(zāi)害性天氣監(jiān)視和分析于一身的專業(yè)平臺。與傳統(tǒng)安裝到計算機(jī)本地的軟件相比，此類基于網(wǎng)頁的產(chǎn)品更容易更新和跨平臺使用。SkyGuard Online擁有先進(jìn)的地圖引擎，具有強(qiáng)大的地理信息功能，預(yù)警消息中心實(shí)時更新針對該用戶的SkyGuard預(yù)警。除了顯示其獨(dú)有的SkyGuard預(yù)警外，該系統(tǒng)還能夠在地圖上顯示幾乎所有目前流行的天氣數(shù)據(jù)，比如多國家的雷達(dá)、衛(wèi)星云圖、北美的雷電、政府氣象部門發(fā)布的預(yù)警、實(shí)時觀測數(shù)據(jù)、地震等災(zāi)害數(shù)據(jù)、颶風(fēng)及用戶位置等，這大大便于用戶進(jìn)行分析。隨著手機(jī)用戶的增長，SkyGuard也推出了手機(jī)版的預(yù)警接受系統(tǒng)SkyGuard Mobile，從而更方便用戶得到預(yù)警信息。同時，由于所有數(shù)據(jù)資源都是整合在一起的，用戶也可以通過 SkyGuard查看常規(guī)的天氣信息。

SkyGuard不僅是一種商業(yè)模式，也成為了一種有效的合作手段。由于先進(jìn)的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，在歐洲一些國家，政府氣象部門對全國預(yù)警的發(fā)布也借助AccuWeather的SkyGuard體系，通過預(yù)警xml文件上傳，后臺解析然后發(fā)布，這一過程非常迅速。

2.4MinuteCastTM逐分鐘預(yù)報系統(tǒng)

MinuteCast?是AccuWeather利用其獨(dú)特的專利技術(shù)來進(jìn)行逐分鐘級預(yù)報的系統(tǒng)，是業(yè)界領(lǐng)先的降水分析系統(tǒng)。MinuteCast?將雷達(dá)和高分辨率的天氣數(shù)據(jù)融合后，利用專利技術(shù)對未來2小時做出逐分鐘的降水預(yù)報。降水預(yù)報的分辨率可以達(dá)到1km2。數(shù)據(jù)每隔5分鐘更新一次。預(yù)報結(jié)果通過AccuWeather 的API向用戶提供。該預(yù)報已經(jīng)在AccuWeather網(wǎng)站、移動網(wǎng)站和手機(jī)應(yīng)用中使用，受到用戶的廣泛關(guān)注。MinuteCastTM的核心技術(shù)建立在SkyMotion之上，SkyMotion綜合使用了定位技術(shù)、雷達(dá)回波圖像、運(yùn)動追蹤算法[4]和電腦圖像、視頻、游戲技術(shù)，通過對云團(tuán)移動方向、相對濕度和降水概率的實(shí)時追蹤，提供基于用戶位置的精細(xì)降水預(yù)報，包括雨、雪、冰雹、雨夾雪、冰粒等。SkyMotion整合了用戶提交的地面天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)用于預(yù)報（天氣數(shù)據(jù)眾籌），所有的雷達(dá)與用戶提交數(shù)據(jù)都進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，與SkyMotion類似的產(chǎn)品包括DarkSky和OurCast等。

MinuteCast?目前可以提供美國、加拿大、日本及西歐、北歐、南歐等地的分鐘級精細(xì)降水預(yù)報，未來將提供對更多天氣變量的預(yù)報，比如溫度、風(fēng)向/風(fēng)速、云量、雷電和冰雹等。

2.5StoryTeller?交互觸摸新聞系統(tǒng)

StoryTeller?交互觸摸新聞系統(tǒng)是一個獨(dú)特的、高度創(chuàng)新的“智能設(shè)備應(yīng)用程序模型”，使新聞播報變得引人注目，更具有交互性以及參與感。

該系統(tǒng)使用目前最先進(jìn)的65～82寸高靈敏度觸摸屏進(jìn)行演示，可以集成圖像、標(biāo)清和高清的視頻，可用于天氣、新聞、選舉、體育、交通及其他內(nèi)容的展示。目前在全球已經(jīng)有150多家電視臺開始使用該系統(tǒng)。

3　兩家公司的發(fā)展理念和優(yōu)勢領(lǐng)域

兩家公司都以精確的天氣預(yù)報為基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)處理方面具備強(qiáng)大的技術(shù)能力，服務(wù)面向多元化發(fā)展，各自都具備明顯的優(yōu)勢領(lǐng)域，在氣象市場中通過優(yōu)勢領(lǐng)域能持續(xù)盈利，并開發(fā)、拓展海外市場，但在發(fā)展模式和理念上還是有很大區(qū)別。

TWC在發(fā)展過程中注重資本運(yùn)作，主要表現(xiàn)為：1）TWC的發(fā)展歷史、服務(wù)領(lǐng)域的擴(kuò)張、技術(shù)的完善是資本運(yùn)作的結(jié)果。TWC通過一系列的資本運(yùn)作，收購了多個氣象公司，如提供氣象軟件服務(wù)的Weather Service International，在網(wǎng)絡(luò)提供氣象服務(wù)的Weather Underground，提供專家級天氣服務(wù)的Intellicast等。資本運(yùn)作幫助TWC迅速壯大，并在發(fā)展中不斷積累技術(shù)優(yōu)勢，并能將IT最前沿技術(shù)在氣象服務(wù)中不斷應(yīng)用；2）TWC商業(yè)模式成熟，公司大量產(chǎn)品開始作為業(yè)務(wù)使用設(shè)計，但在發(fā)展中逐步完善，包裝成為商業(yè)軟件，為公司創(chuàng)造價值，從數(shù)值預(yù)報模式、數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)到圖形制作系統(tǒng)，TWC打造了一系列的商業(yè)軟件。雖然TWC以天氣預(yù)報節(jié)目起家，開始其服務(wù)領(lǐng)域單一，但通過資本運(yùn)作收購和有效的整合手段，成長為行業(yè)領(lǐng)軍者。TWC對各子公司資源整合與協(xié)調(diào)策略是其形成統(tǒng)一競爭力的關(guān)鍵。

AccuWeather以數(shù)據(jù)和專業(yè)為其核心理念，這主要表現(xiàn)為：1）創(chuàng)始人Myers博士畢業(yè)于美國賓州大學(xué)氣象學(xué)專業(yè)，目前在AccuWeather的職工也主要由氣象專業(yè)和IT專業(yè)人員構(gòu)成，在Accuweather發(fā)展的過程中，也在2006年與另一家同樣是由氣象學(xué)家Smith在1981年創(chuàng)辦的氣象公司W(wǎng)eatherData進(jìn)行了合并，Myers和Smith都是從很小的時候就對氣象表現(xiàn)出極深厚的興趣，立志把氣象服務(wù)作為自己一生的追求和事業(yè)；2）Accuweather的產(chǎn)品、體系設(shè)計和服務(wù)手段以專業(yè)見長，如RealFeel?（體感溫度）、MinuteCastTM（逐分鐘預(yù)報）這種在深厚氣象專業(yè)認(rèn)知基礎(chǔ)上的產(chǎn)品，AccuWeather也在全球率先推出了25天、45天等中長期預(yù)報；3）Accuweather注重通過準(zhǔn)確的預(yù)報和數(shù)據(jù)來發(fā)展建立服務(wù)優(yōu)勢，像SkyGuard就是一套建立在氣象專家知識上的專業(yè)服務(wù)系統(tǒng)。

通過多年的發(fā)展和各自技術(shù)優(yōu)勢，兩家公司各自建立起了優(yōu)勢領(lǐng)域：TWC在電視氣象節(jié)目、航空、能源、氣象商用軟件銷售等方面占有明顯優(yōu)勢。美國主要航空公司中的85%和全球前100的航空公司中的30%選擇使用TWC的氣象預(yù)報、體系和工具，其每日為50000個以上的航班提供預(yù)報服務(wù)。AccuWeather除了在傳統(tǒng)的報紙和電臺占有優(yōu)勢外，在全球化的氣象信息服務(wù)和數(shù)字媒體方面更有優(yōu)勢，開發(fā)的多平臺手機(jī)應(yīng)用多次在國際上獲獎，為全球用戶提供每天多達(dá)85億次的數(shù)據(jù)請求服務(wù)。到目前為止，已經(jīng)有超過13億的AccuWeather品牌應(yīng)用被安裝在全球各地的移動設(shè)備和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上。AccuWeather與世界500強(qiáng)公司中的240家建立了合作伙伴關(guān)系。他們先進(jìn)的SkyGuard預(yù)警服務(wù)更是覆蓋了北美所有鐵路系統(tǒng)。

4　美國氣象服務(wù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)對我國的借鑒與啟示

美國氣象服務(wù)在一個多世紀(jì)的發(fā)揮中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其核心可以概括為兩點(diǎn)：①真正把氣象信息轉(zhuǎn)化為用戶認(rèn)可的價值；②以不斷提高預(yù)報準(zhǔn)確率為根本。在美國，氣象信息得到用戶的認(rèn)可在于各家氣象服務(wù)公司對用戶需求理解深入、高度細(xì)分氣象服務(wù)市場，通過針對性的解決方案為用戶解決問題。

預(yù)報產(chǎn)品的發(fā)展是非常迅速的，可以簡單分成三個方面：①預(yù)報員主觀預(yù)報；②數(shù)值模式提供全面豐富的預(yù)報產(chǎn)品；③把獨(dú)特數(shù)據(jù)作為競爭優(yōu)勢來提高預(yù)報準(zhǔn)確率，積極在氣象服務(wù)中加強(qiáng)新技術(shù)的使用。這些經(jīng)驗(yàn)對中國氣象服務(wù)發(fā)展有重要的借鑒意義，主要可以概況為以下四個方面：

1）針對高度細(xì)分的氣象服務(wù)市場，建立完整的服務(wù)體系

Accuweather最早的客戶是美國賓州的一家企業(yè)，而TWC以電視氣象節(jié)目起家，兩家企業(yè)在發(fā)展的過程都從市場和技術(shù)的角度不斷細(xì)分氣象市場，擴(kuò)展服務(wù)范圍、完善技術(shù)架構(gòu)，如Accuweather在2012年還創(chuàng)辦了自己的全天候的專業(yè)天氣頻道，這樣從兩家公司的服務(wù)范圍來看，都涵蓋了電視、網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、專業(yè)服務(wù)等，在技術(shù)手段方面包括了數(shù)據(jù)收集、模式預(yù)報、專業(yè)產(chǎn)品制作、分發(fā)與服務(wù)渠道等。雖然兩公司在不同的行業(yè)領(lǐng)域和市場范圍內(nèi)優(yōu)勢有所不同，但他們都在戰(zhàn)略上對氣象服務(wù)市場進(jìn)行了高度的細(xì)分，然后進(jìn)行全面的布局，并努力創(chuàng)造了行業(yè)內(nèi)的優(yōu)勢，在激烈競爭的同時，擁有絕對的特定行業(yè)優(yōu)勢，在培養(yǎng)市場的同時也在不斷發(fā)展。

2）注重數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺的建設(shè)，積極發(fā)展云計算技術(shù)

無論是TWC還是AccuWeather，都把各類數(shù)據(jù)包括天氣數(shù)據(jù)和相關(guān)的行業(yè)數(shù)據(jù)視為服務(wù)的生命之源。兩家公司千方百計收集各種數(shù)據(jù)，并由此產(chǎn)生了一系列的特色產(chǎn)品和行業(yè)優(yōu)勢。從上游到下游系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)調(diào)用非常方便，通過文件傳輸數(shù)據(jù)的方式目前已完全被API所代替，如SkyGuard就包含有40～50個API接口用來接入各種數(shù)據(jù)，TWC各系統(tǒng)所擁有的接口也高達(dá)500多個。API為數(shù)據(jù)的接入提供了高效、便捷的方式。但目前隨著系統(tǒng)遷移到云平臺，API的數(shù)量又迅速減少，取而代之的是更高效、便捷的云端數(shù)據(jù)處理技術(shù)等。

兩家公司針對海量數(shù)據(jù)設(shè)計了存儲、計算、發(fā)布的方案，云計算是兩家公司共同的選擇。TWC在業(yè)務(wù)中使用亞馬遜云作為主要業(yè)務(wù)平臺，使用谷歌云服務(wù)作為備份，AccuWeather使用微軟提供的Azure云服務(wù)，在當(dāng)?shù)貢鶕?jù)情況使用不同的云服務(wù)商。由于不同云服務(wù)商提供的服務(wù)差異，兩家公司都沒有將所有服務(wù)放在一家平臺上，這一方面有利于保持公司本身云應(yīng)用的持續(xù)發(fā)展，也避免了由于使用單一云服務(wù)商導(dǎo)致的技術(shù)面窄，對平臺依賴過強(qiáng)的問題。

3）發(fā)展集約化的預(yù)報與服務(wù)技術(shù)體系

雖然兩家公司擁有大量的系統(tǒng)，但各系統(tǒng)又能成為一個整體，系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換、資源共享非常方便，系統(tǒng)都是建立在統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺之上的，凡是能共享的數(shù)據(jù)資源，一定是放在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺之上，各系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用，共同構(gòu)成其服務(wù)體系。在系統(tǒng)發(fā)展過程中，公司也注重把相似的功能整合，并且不斷在前期工作的基礎(chǔ)之上繼續(xù)開展工作，在擴(kuò)充功能的同時，不做重復(fù)建設(shè)。

4）長期專注于專業(yè)人才團(tuán)隊(duì)的培養(yǎng)和文化建設(shè)

TWC的氣象專業(yè)預(yù)報團(tuán)隊(duì)集中在HOTL、FoD環(huán)節(jié)，這個團(tuán)隊(duì)是一切服務(wù)的基礎(chǔ)，TWC擁有冬季天氣專家、颶風(fēng)專家、強(qiáng)對流天氣專家等，這些專家能在惡劣天氣發(fā)生時為用戶提供獨(dú)特、專業(yè)、精確的服務(wù)。

AccuWeather的專家團(tuán)隊(duì)在SmartWarn環(huán)節(jié)為用戶提供氣象預(yù)警發(fā)布、咨詢服務(wù)，其技術(shù)團(tuán)隊(duì)普遍工作10年以上，以15～20年居多。AccuWeather非常注重企業(yè)文化建設(shè)，公司一直把企業(yè)名人堂作為一項(xiàng)重要的建設(shè)內(nèi)容，不斷讓優(yōu)秀員工在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮積極的激勵作用，企業(yè)的名人堂雖然在中國也能見到，但能堅持幾十年，是非常少見的，公司的企業(yè)文化積淀見于細(xì)微。

［1］Lazo J K， Lawson M， Larsen P H， et al. United States economic sensitivity to weather variability. Bulletin of the American Meteorological Society， 2011， 92： 709-720.

［2］喬亞茹. 美國氣象服務(wù)商業(yè)化的啟示. 商情， 2013， 6： 143-144.

［3］Kolb L L， Rapp R R. The utility of weather forecasts to the raisin industry. Journal of Applied Meteorology， 1962， 1： 8-12.

［4］Yilmaz A， Javed O， Shah M. Object tracking： a survey. ACM Computing Surveys， 2005， 38： 1-45.

The Technology Development of Business Weather Service in US and Its Enlightenment to China

Sun Jian, Chen Zuan, Li Qiang
（Public Meteorological Service Center， China Meteorological Administration， Beijing 100081）

Business weather service market in US is highly open and prosperous. There are more than 200 companies supplying business weather service. Among them, the Weather Company (TWC) and AccuWeather are the top ones, owning the largest market share, and most advanced technology and service system. Based on massive, high-resolution meteorological prediction data, they provide both general daily weather information and special in-depth forecast service to industrial and economic customers. TWC has a series of special and powerful IT and meteorological systems to support their business weather service, including Forecast on Demand (FoD), high-resolution Numerical Weather Prediction system, Big Data Analysis system, and graph and video production and broadcasting system. TWC shows great capability of capital operation in its development process. Meanwhile, AccuWeather focuses on the application of meteorological data and the expertise. It owns unique high-resolution weather forecast system, warning production and delivery system, minute by minute forecast system, and graph and video interactive touching system. In the high segmentation of business weather service market, TWC and Accuweather have built up their own competitiveness and all-in-one service system.

weather service, the Weather Company, AccuWeather, data platform, high-resolution forecast

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.03.006

2015年3月10日；

2015年10月8日

孫?。?960—），Email: sunjian@cma.gov.cn