再谈气象部门的数字化转型问题

沈文海^1、2、周勇²、唐伟²、王喆²

1、国家气象信息中心  2、中国气象局发展规划研究院

引言

数字化转型是一个在社会上和业界已经风行若干年，但在气象部门内部却一直悄无声息的问题。虽然外界及内部的一些勤于思考者不断地追问，但始终没有得到正面的、明确的答复。气象部门要融入社会，就不能不对社会上一些热点议题提出自己的看法和观点。

数字化转型的前提是数字化。

这里所谓的数字化，就是：利用云计算、大数据、移动、社交、物联网等技术，将现实世界重构为数字世界（即所谓“数字孪生”），融合数字世界与现实世界，将现实世界的痕迹数据化，通过数据再次利用技术提升信息、资源和流通三个核心要素使用和运转效率。关于数字化转型的解释可谓汗牛充栋，不胜枚举，究其原始定义，就是：在数字化（建立起对应于相关现实世界的数字世界）基础上，将以往面对现实世界的所有相关工作转换到数字世界（即“数字孪生体”）上来，利用分析和处理数据过程所特有的廉价和高效（相对于现实物理世界而言），大幅提升企业的工作效率、大幅降低企业的业务和科研成本，从而实现信息智能时代下更有效的业务价值和利益。而广义的数字化转型，依照埃森哲的观点，就是：通过数字化过程以及数字化技术的深度应用，有效提升本部门的工作质量和工作效率。按照阿里巴巴的理解，数字化“是一个从业务到数据、再让数据回到业务的过程”，而数字化转型是要达到“物理世界数字化，同时又从数字世界反馈回到物理世界当中”这样一个理想的工作场景。即所谓“一切业务数据化，一切数据业务化”。1.2数字化转型没有一定之规
数字化转型是手段而不是目的，其终极目标是帮该部门解决实际和关键问题、创造更高价值。因此，对于企业而言，数字化转型是具体的、可用实效予以检验其成败的改进和变革方案，企业需要首先清楚自己业务或管理的问题和瓶颈所在，据此有针对性地引入数字技术，通过数字化转型予以改造和变革。由于部门之间在业务、目标、技术以及存在的关键问题等方面各不相同，运用数字化过程及数字化技术解决问题的手段、方式和路径也千差万别，因此“数字化转型”本身具有很强的不确定性，它没有固定的形态和一成不变的路径，所要达到的具体目标也随各部门实际情况的不同而千差万别。虽然如此，在IDC看来，数字化转型总体上仍可分为领导力转型、运营模式转型、工作资源转型、全方位体验转型、信息与数据转型五个方面。银行界与气象部门有某些相似之处，都是面对数据，都以采集数据、处理数据、应用数据为其业务抽象特征。不同银行由于其业务目标、战略定位以及受众类型等方面的不同，各自的数字化转型战略也各有特点：

由上表可见，尽管同属于银行业，但很难归纳出彼此共通的具体战略步骤。

二气象部门的“数字化转型”工作业界对数字化转型的理解和定义可谓百花齐放、各俱特点，但有一点是共同的，即：数字化转型的基础是数字化，而企业成功的数字化标志是构建起一个对应于该企业所关注物理世界的完备真实的数字世界——即所谓“数字孪生”。人们从原来直接面对所关注的现实物理世界进行分析、诊断、预测和评估，转而面对相对应的数字世界的分析、诊断、预测和评估，此即所谓“转型”也。定量而不仅仅是定性，是一个自然科学学科形成的基本标志之一。对气象部门而言，所谓定量就是气象观测要素的数字化。气象学科自诞生至今，始终通过观测数据来观察、研究和了解大气，并通过所掌握的、不断增长的知识来预测大气的未来。从十九世纪以前离散的地面气象观测站点，到十九世纪后期利用无线电通信实现地面观测组网，进入二十世纪后高空探测的加入，以及雷达和卫星的立体的和大范围大面积的遥感遥测，气象学科始终致力于地球大气的数字化，始终试图构建一个能完整、真实地重现大气各种运动状态的数字世界，并试图通过它来寻找出尚未发现、尚未被认知的新的规律和原理。气象学科的诞生、成长、发展和日趋成熟，都是建立在数字化基础上的，没有数字化就没有气象学科。由此可知，气象部门从建立之初开始，便一直致力于建立其现实物理对象——地球大气——的数字孪生体，并针对这个数字孪生体展开一系列预报、预测、分析和研究等业务和科研工作。所以，以经典意义的数字化转型定义来观察气象部门，不难得出结论：气象部门不需要数字化转型，因为它的核心业务工作都是围绕着其现实物理对象（地球大气）的数字孪生体而展开的；换句话说，气象部门需要持续深入的数字化工作，以丰富和完善数字孪生体；而至于“转型”，气象部门自建立之初起便已完成了，可以说与生俱来。然而这并不意味着气象部门下属的每一个具体业务单位同样不需要类似于数字化转型的改进和变革工作，因为各具体业务单位所承担的业务职责以及面对的业务对象（即所谓“现实物理对象”），并非都是地球大气。如：气象IT部门，其业务职责是IT及数据资源的维护管理和服务，其具体业务对象是气象部门的通信系统、数据库系统、数据共享服务系统、HPC系统、基础数据集业务系统及综合监控系统；气象服务部门的业务职责则是公益和专业气象服务以及预警信息发布，其业务对象是公共气象服务平台、专业气象服务平台、国家突发事件预警信息发布平台、人工影响天气系统、全球气象服务基础支撑系统、生态气象服务系统等。仅机械地照搬数字化转型的经典定义，对这些业务系统状态进行数字化监测、分析，便可使这些产生于不同年份、稳定性健壮性各异的业务系统的运行更加稳定、正确和高效。国家气象信息中心研制的综合业务监控系统“天镜”，便是在这方面的一个有益尝试。所以，各具体业务单位，针对各自不同的业务职责和业务对象，可以进行各具业务特点的数字化方面的工作，并相信肯定能够获得有益的成果。较之业务单位，气象职能管理部门的数字化程度是相对滞后的，许多数据孤岛尚未打通，许多数据规范尚未建立或落实，工作效率和成果都有很大的提升空间。如何利用数字技术改善职能管理工作，是未来需要重点考虑的内容之一，而数字化转型有可能对现有职能管理模式产生变革性的建设性改变。
三数字化工作的长期性和复杂性地球大气是一个异常复杂的、各种尺度的运动相互影响、相互作用的物理世界，从亚厘米级的边界层湍流、水分子碰并和冰晶的生长，到千千米级的罗斯贝行星波，空间尺度跨越近十个数量级，这其中每个数量级都有相应的大气物理现象需要感知、捕捉和呈现，而目前的专业探测手段和方法，尚无法达到完整全面感知各尺度大气物理现象的程度。因此，构建完整的、可真实重现大气各种运动状态的物理世界——亦即：地球大气——的数字孪生，在可预见的未来，依然是人们日夜憧憬的美好梦想。就目前而言，可称得上类似于地球大气数字孪生体的气象数字产品是业界较为通用的再分析产品，其中以欧洲气象中心的ERA5、美国的NCEP再分析、日本的JRA55较为著名，其具体参数见下表：

（注：我国新进研制的CRA-40也开始业务化应用，经评估，其质量总体超过国际第二代，中国区域接近国际第三代水平）由上表可知，目前以再分析数据集为代表的地球大气数字孪生体产品虽可较好地描述近几十年大气运动状态中气候变化的实况，但由于时空尺度（分辨率）的原因，在对天气事件过程演变的描述方面，则显得力不从心，这也是再分析数据集目前的使用者多集中在气候部门和科研部门的原因之一。因此，目前尚无法构建成一个完整真实的大气物理和化学的数字世界，这是气象部门在数字化浪潮中所面临的困境，而这一困境在未来数十年间将如幽灵一般始终纠缠着气象部门。

以上是气象学科所面对的物理世界（地球大气）的数字化问题，如同海洋学科面对的是海洋，地质学科面对的是地球岩石圈一样。气象学科面临的数字化问题，需要气象部门内所有各单位的共同参与，予以解决。

结语

由此可知，建立数字孪生体并将其做为业务对象，虽然是气象部门与生俱来的特点，但这并不妨碍气象部门内部各单位采用数字化转型来改进和变革相关工作的需求和努力。由此亦可知，气象部门对于社会上此起彼伏的数字化转型呼声未予正面响应，并非自我封闭，而是没有必要。

数字中国战略已上升为国家战略，在未来的岁月中，数字化将始终伴随着中国发展的步伐。因此每一个关注气象事业发展的人，都应该关注数字化，关注气象部门有关数字化的问题，这对于事业的发展无疑是有益的。

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