無縫隙網格預報業務的決策理論適用性研究

賈凈翔, 胡文東,2,3, 王承偉, 邵 建, 胡亮帆, 郝艷瓊, 徐文嘉

(1.成都信息工程大學大氣科學學院,四川 成都 610225;2. 軟件自動生成與智能服務四川省重點實驗室,四川 成都 610225;3.高原大氣與環境四川省重點實驗室,四川 成都 610225;4.黑龍江省氣象臺,黑龍江 哈爾濱,150030;5. 銀川市氣象局,寧夏 銀川 750002)

0 引言

對氣象工作者來說,進入新時代必須緊密圍繞國家重大發展戰略以及人民群眾對美好生活向往的需要,加強氣象預報精細化、專業化、個性化、全球化,提高氣象預報可靠性、開放性、可移植性及工作效率[1-5]。 當今現代信息技術迅猛發展,云計算、大數據、人工智能、移動互聯網等與氣象科技相結合,為氣象業務的重大進步打下了堅實的基礎,逐步實現保障運行穩定、可靠、方便、易維護的目標[6-7]。

當前無縫隙精細化網格氣象預報已成為國際主流趨勢[8-10]。 WMO 世界天氣研究計劃2014 年提出地球系統無縫隙預報:從分鐘到月[11],2017 年世界氣候研究計劃、世界氣象研究計劃和全球大氣觀察計劃,明確將無縫隙預報作為未來幾十年指導方針[12-13]。 2019年WMO 指出,氣象業務將轉向在無縫隙的地球系統框架,強調從分鐘到年代際,從局地到全球預報系統,并提出從分鐘級到世紀尺度、從米到全球空間尺度的預報發展趨勢[14]。

美國在2003 年開展了國家數字預報數據庫[15],提供逐小時更新2.5/5 km分辨率,從0 ～45 d延伸期的無縫隙網格天氣預報。 澳大利亞2012 年開始分辨率為5 km的8 d內網格指導預報[16]。

中國氣象局把握時代發展方向,2014 年開始這一業務系統研發[5]。 近年來充分利用最新科技成果,初步建成無縫隙網格化預報業務,大幅提高氣象服務與保障能力[7,17-20]。 但這一工作開展時間相對較短,一方面在技術層面存在不足[5,21-23];另一方面對預報人員來說,預報工作中每一個維度的信息量均呈爆炸式增長,原本順暢的思維過程突然出現了巨大問題,需要通過技術手段加以解決[24-25]。 而第一步就是進行細致分析,找出可行的科學途徑以提供正確的指導方針。

本文針對無縫隙網格預報的新情況,從預報員日常預報工作量對比分析入手,以提高業務能力為目的,對預報業務環境的各項約束性條件進行分析,探討輔助預報員進行預報決策的適用性理論,從而為建立智能業務系統提供相關的科學基礎。

1 預報工作量的爆炸性增加

天氣預報的最終產品是多維度的數據,概括地說有天氣要素、空間分布和時間變化。 而每一個維度中數量的增加,最終將導致信息量的巨大增長。 以短期預報為例進行分析。

1.1 預報對象數量空間的變化

首先從空間分布來說,以往的傳統預報過程中,一般僅預報20 個站點左右,很少達到30 個站點。 而無縫隙網格預報業務中,中國為5×5 km2的網格分布,重點區域1×1 km2。 按國土面積(不計海區)960 萬km2粗略計算,縣級行政單位2856 個,平均3361 km2,縣的預報員在一次預報中則需考慮135 個格點。 對省級行政單位來說,共有34 個省(簡稱為省)級行政區,則平均面積282353 km2。 每個省的預報員在當前業務中,對某一個時刻的預報則需面對11294 個格點。 目前預報地點已較以往增加了近400 倍,而許多省的格點更加細密,空間分辨率更高。 面對重點區域1×1 km2的網格,空間點上任務增加更多。

以面積相對較小的寧夏(6.64 萬km2)為例(表1)。傳統預報時省級預報員關注站點為20 個,市級預報員平均關注站點4 個(13 ～284 km2)。 格點預報業務中5×5 km2的格點預報省級預報員關注點數為2657 個(1×1 km2則為63762 個),市級平均為531 個(1×1 km2為12752 個)。 所以省級工作量增加了約132 倍(1×1 km2約3188 倍),市級增加約144 倍(1×1 km2約3183 倍)。

黑龍江面積較大,為47.3 萬km2。 初步計算表明省級工作量增加了243 倍,市級工作量增加了約144倍(表2)。

表2 黑龍江省氣象臺傳統預報與網格預報工作量對比

盡管相鄰區域的天氣在較大尺度上總體相近,在傳統預報中可通過“相鄰則相似”的思路降低工作量。但無縫隙網格預報的特點,就在于突出每一個格點的天氣獨特性,沿用以往的方法會平滑掉不同格點特有的天氣,從而從根本上否定網格預報的意義和存在價值,所以傳統預報中的思路并不適用。

對于如此眾多的格點,沿用以往的方法難以有效把控。 而中國是世界上地形、地貎最為復雜,天氣氣候差異極為明顯的國家之一,格點之間的差異巨大,所以無論從網格預報的本質要求還是客觀現實來說,都要求我們努力分析每一格點特有的天氣要素,不能簡單沿用“相鄰則近似”的方法,因而預報空間上的巨大工作增量無可避免,傳統方法不再適用。

1.2 預報對象時間與要素的數量變化

在時間的維度上來說,傳統預報的時間密度相對有限,而無縫隙網格預報業務則時間分辨率進一步提高。 從要素來看,無縫隙網格預報業務要素大幅增多并有繼續增加的可能,較傳統預報要素相比增長明顯。

另外,在一個值班期間,無縫隙網格預報業務要求進行滾動更新預報,所以預報員分析氣象信息、考慮預報內容的工作時間大幅減少,而從預報頻次來看工作強度也是急劇增加。

同樣以寧夏為例(表3),傳統預報1 天更新3 次,最高時間分辨率6 h,最長預報時效168 h,預報要素7項;而格點預報則全面急劇增加。

表3 寧夏回族自治區氣象臺傳統預報與網格預報的時間、要素對比

1.3 無縫隙網格預報的革命性進步

只有在遙感探測、高速通信、數據處理、邊緣計算等眾多相關技術進步的強大支持下,無縫隙網格預報業務的基礎才得以實現。 從而極大地提高了天氣預報服務的能力和水平,天氣信息的種類、密度和質量與以往業務相比均產生了革命性的本質飛躍。

預報業務當中的核心是預報員[1-2,26-27],盡管相關技術打下了良好的基礎,但最終預報是由預報員依據自身經驗、經過科學分析作出,而不是計算機自動產生。 所以,從多個維度共同作用來說,在無縫隙網格預報業務中,預報員要考慮的預報產品信息量普遍較傳統預報增加了104 ～106 倍甚至更多,呈現爆炸式增長的態勢。 信息量的爆增再加上預報頻次的提高,導致預報員有效分析思考的時間消亡式萎縮,所以預報員面臨的業務值班壓力極為巨大,有必要借助決策科學為預報員提供更加有力的支持。

2 預報過程的決策本質

2.1 網格預報的智能化決策支持

解決這一難題的出路在于業務系統的智能化[28],利用技術優勢提高業務預報能力[29]。 而智能化系統的不斷完善與進步,是否導致在預報業務中完全取代人類,則是一個充滿挑戰的問題[29-32],同時也是一個非常敏感、事關預報人員前途和命運的重大現實問題,還是一個關于世界觀和方法論的哲學問題[26],本文不進行討論。

盡管如此,在可以預見的將來,預報員的作用仍然無法忽視,更無法被替代,特別是在重大關鍵性預報過程中。 例如面臨是否炸壩泄洪,關系數十萬成百上千萬人;從天氣角度確定重大軍事行動的時機,關系國家和民族乃至人類文明的前途與命運。 將這樣的最終決定權交給某種智能系統或計算機,在一定的歷史時期內仍然難以令人信服。

在當前的技術形勢和業務條件來看,預報員在預報業務體系中的核心地位依然無可撼動,仍然是無可替代的決定性因素。 計算機,包括人工智能技術在目前階段還遠不能完全取代人類預報員,而只是為預報員提供支持。

從幫助、輔助人類的角度出發,網格預報的智能化需要支持預報人員的自動化系統。 這個系統的科學本質是什么,則取決于預報員在當前預報中工作的性質,特別是預報員在業務工作中面臨的核心困難。

2.2 當代預報員面臨的困難分析

預報過程中當代預報員的工作是什么性質,其本質的困難是什么,要從科學預報的歷程分析。

具有科學基礎的天氣預報的歷史很短。 從預報人員面臨困難的角度來看,大致分為早期、現代和當代3個階段。 早期具有科學意義的預報,是依據天氣學理論的經驗外推預報。 這時預報員的困惑在于,未來基本情況究竟如何,沒有相對可靠的技術支撐。 在成熟的數值預報產品出現后,環流形勢、天氣系統等相對明確且遠優于預報員的經驗,現代預報員一般不再進行外推,而是根據自身的經驗、體驗與理解,對數值模式結果進行氣象意義的解讀。 幾十年來數值預報等各種產品持續改進,未來天氣的物理圖像日漸清晰準確,但在解讀時受到有限模式、有限產品確定預報的局限,當前的困惑在于相對較小概率的災害性天氣。 而多種預報模式、集合與超集合等眾多產品表現出優異的性能,數值預報真正漏報的顯著過程極為罕見,所以當代預報員面臨的問題與以往發生了本質的變化。

簡單地說,早期預報員面臨的是極度缺少可靠信息的困難,現代預報員是可靠信息有限的困難。 而對當代預報員則是這些信息過于龐大無法有效處理而形成的信息浪費,即信息過飽和情況下的決策困難。 常見的情況是,在有限時間內根本無法瀏覽數值產品的寶貴信息,從而造成有效信息的棄置。 在預報失誤分析中這個現象十分顯著:在絕大多數情況下,盡管數值預報提供了具有明確意義的預報線索,卻因各種條件限制未能引起足夠關注。

所以當代預報員工作的核心之一,是從眾多相對可靠的信息中,在緊迫的時間內,迅速選定最為適合的信息作為關鍵支撐。 而這個問題從行為科學上說是決策問題[33]。

3 決策及其理論類別概述

決策就是在若干個可能的備選方案中進行選擇。決策理論是根據系統的狀態和評價準則選擇最優策略的數學理論。

決策本身是極其常見的過程。 每當出現多種選項的情況下,人類必然會從多方面考慮進行決策,根據不同的目標,在各種約束條件下,分析收益效果與支出付出、權衡優點和不足,進行選擇[34-35]。

一般來說,決策理論主要有以下幾種[34-40]:

(1)古典決策理論。 認為決策的目的是為了在最小付出的同時獲得最大的效益,決策過程中的全部行為均是完全理性的。

(2)客觀理性決策,又稱完全理性決策理論。 認為決策者決策前能考慮一切行動及其影響,選擇最大價值對策,具有最大限度的理性做出最優的選擇。

(3)連續有限比較決策理論。 認為決策者無法實現完全理性,無法把握各種復雜因素,只能在有限的方案中選出相對滿意的,只是有限的選優。

(4)理性、組織決策理論。 認為需要通過組織、運用權力和溝通的方法進行協調,以彌補單一決策者的欠缺,便于集中更多的智慧選擇更加有利的方案,增強決策的理性。

(5)非理性決策理論。 突出潛意識的作用,和非理性不自覺的傾向對決策的不利影響,強調對這種傾向的控制與抑制。

(6)行為決策理論。 認為理性的標準無法確切地說明決策過程,提出“有限理性”標準和“滿意度”原則。 決策過程分析中還要考慮決策者個人因素,如態度、情感、經驗和動機等個性要素。

(7)現實漸進決策論。 主張決策者所面臨的現實發揮更加重要的作用,而不是決策者的理性。 認為決策者無法擁有全部智慧和有關信息,且受到時間、費用等條件限制,只能被迫地以被動、相對消極的方法,在“有偏袒的相互調整”過程做出決策。

4 業務預報的基本特點分析

4.1 決策的獨立性與預報員個體的重要性

在天氣預報工作中,一方面存在組織管理行為,如對預報員的任務分配、協調與溝通產生于前期行政組織階段,天氣會商在預報決策核心階段,天氣服務與聯防在決策后的直接行動階段。 但在其他業務預報階段,組織管理行為并不明顯。 另一方面在每一次預報業務過程中,由于預報人員的數量相對有限,須各自承擔某項主要任務。 特別是預報員針對某一時段的天氣進行預報時,往往更加突出預報員個人的預報決策,尤其對當值的首席預報員來說,往往預報業務環境決定了其個人的獨立決策的高度重要性[41-42]。

通過對無縫隙網格預報的壓力分析可知,在短暫的滾動預報發布間隔時間內,多個數值預報模式,眾多垂直層面,幾十上百的物理量,多種集合和超集合產品,其圖像文件往往成千上萬,預報員即使匆匆瀏覽一遍也難以實現。 數值模式各有特性,不同的模式對當前的天氣情況預報能力各有不同。 而預報員所期望的是明確究竟哪個模式更適用于當前的天氣。 前述的諸多決策理論哪些適合于這種預報決策過程,將決定人工智能決策支持系統的核心功能設計。

這一決策顯然是在極其有限時間、不完全信息與過飽和信息共存的背景下,預報員(特別是首席預報員)個人特質發揮重要作用的決策過程[27]。

4.2 預報過程中決策過程的環境背景

在上述的決策理論中,早期更加理想化,同時也更為僵化,例如設定以下條件:(1)決策者可獲得與決策情況有關的所有的信息;(2)在識別和診斷問題時,能夠處理和記憶所有與決策有關的信息;(3)能識別所有可行的解決問題的方案,并充分了解每個方案的結果;(4)多重目標可以用單一的、簡單的數學公式表示;(5)決策者的理性可保證選擇最優的方案;(6)建立一個合理的、自上而下執行組織系統;(7)所有的決策者都用相同的方式處理信息,并做出相同的決策。

對比預報業務場景,可以發現上述這些條件往往無法滿足[43]。 簡單地說,盡管當前已經得到了超出其處理和理解掌握能力的大量信息,但預報員永遠不可能獲得關于天氣預報所需的全部信息。 緊迫的時間內,在識別和診斷問題時也無法處理和記憶所有與決策有關的信息。 預報員無法有效識別所有的方案,不可能充分了解每個方案的各方面影響。 在預報業務中顯然不能將多重目標用單一的、簡單的數學公式表示。而處于壓力中心的預報員也難以保持足夠的理性以保證選擇最優的方案。 而預報業務環境和具體流程決定了,不可能實施行政機關形式的組織系統。 在預報時難以避免地存在預報員之間明顯的個體差異性,即使同一個預報員對同樣的天氣也在預報中還會受到一定的隨機因素影響,所以個體之間的不同導致無法采用相同的方式處理信息,無法以同樣方式理解這些信息,更不可能基于以上條件做出相同的預報決策。

所以在預報業務中,決策環境的特殊性與諸多決策理論的前提條件相矛盾,必須分析適合的決策理論才可滿足業務需求。

5 預報業務決策過程理論的適用性分析

通過預報業務環境分析,可知預報決策不同于一般意義的決策過程。 預報業務決策和適用性取決于以下關鍵因素。

5.1 預報決策者的利害關系分析

中國天氣預報員的主體屬于政府雇員,代表政府履行提供天氣服務的法定職責。 中華人民共和國氣象法規定,國家對公眾氣象預報和災害性天氣警報,由各級氣象主管機構所屬的氣象臺站按照職責發布。 所以對氣象及其衍生、次生災害,氣象部門是各級政府防災減災工作啟動的發令槍和消息樹,而預報員則是在最前線的吹哨人。

氣象法規定,若因玩忽職守,導致重大漏報、錯報公眾氣象預報、災害性天氣警報的,給予行政處分;致使國家利益和人民生命財產遭受重大損失,構成犯罪的,依法追究刑事責任。

盡管科技在迅速進步,預報水平在不斷提高,但仍然存在難以準確預報的災害性天氣。 在面臨一般情況的多種選項時,就會自然地趨利避害。 而預報員在進行重大災害性天氣預報過程中,不僅存在普通人的趨向性心理,還會考慮其預報業務決策帶來的行政甚至法律后果。

從主觀意愿來說,任何一個預報員都希望能夠準確預報。 即使沒有確定形式的獎懲或回報,單純從行為心理學來說,也可體現出專業能力與水平,表現為個人價值的實現和心理上的滿足。 如果預報正確當然是最好結果,但不正確也無可避免,所以預報氣象災害偏大偏重,還偏小偏輕,不同的決策有可能導致不同后果。

如果對災害性天氣預報偏大偏重,則相關人員會從主觀上高度重視,各項防范措施會更加嚴密周全,面對實際情況雖有虛警與不足,卻不會由此造成重大生命與財產的直接損失。 如果面臨追究,大多只能歸結到技術水平和業務能力的欠缺,多以批評為主。

但如果災害性天氣預報偏小偏輕,則相關人員首先在主觀上易產生松懈情緒,防范措施必然會相對偏弱。 面臨超出預期的災害防范能力難免有所不足,由此往往造成重大生命與財產的直接和間接損失。 如果對預報員追責,則難以擺脫責任心不強,以至玩忽職守的指責。 存在定性為重大漏報、錯報的可能。

所以在此崗位上,無論是否存在明確的認知,預報員的職業定位在潛意識當中決定了其業務預報決策的主觀偏向性為:寧空勿漏。

5.2 預報業務質量分析

在業務一線,預報員,特別是從業年限較長的預報員,普遍認同上述情況,而且工作越久的預報員往往越在重大過程中對天氣的預報越嚴重。

除了專題訪談和長期工作中的直觀印象外,統計數字同樣證實:空報多,漏報少。

由中央氣象臺資料,分析2020 年主汛期中國大部分省、自治區、直轄市小雨、中雨、大雨、暴雨的預報情況(圖1 ～4),可知各類降水的空報率均高于漏報率,而漏報率高于空報率只是個別現象。 兩者之差分別為19.98%、12.67%、7.10%、5.97%。 隨著量級的增加,預報難度迅速提高,空報率和漏報率也在提高,但空報率高于漏報率的現象一直普遍存在。

圖1 2020 年6-9 月小雨預報空報率與漏報率統計

圖2 2020 年6-9 月中雨預報空報率與漏報率統計

圖3 2020 年6-9 月大雨預報空報率與漏報率統計

圖4 2020 年6-9 月暴雨預報空報率與漏報率統計

在面對不同強度的天氣時,決策的傾向性存在變化趨勢。 對不同的天氣現象來說,預報員往往有意識或不自覺地采用不同的預報策略。 例如針對重大災害性天氣,考慮到社會經濟影響和自身可能面臨的問題,大多傾向于采用寧可空報不愿漏報的策略,相對更加保守。

分析2019 年預報檢驗結果進一步證實了這一情況。 一般性降水平均TS 為51%,空報率為39.89%、漏報率為22%;大雨TS 為19%,空報率71.43%、漏報率64.41%;而暴雨TS 為9%,空報率為85.28%、漏報率82.64%。 數據表明降水的量級越大,預報員保守的趨向越加明顯,空報率越高。 強對流災害監測預警的情況類似,2019 年寧夏暴雨、冰雹預警信號評分結果顯示:暴雨、冰雹準確率分別為36%、33.3%,而空報率為44.3%、66.7%,同樣空報率更高。 據不完全統計,省級預報員中至少有70%在遇到可能出現的較為明顯降水天氣時,更加傾向于預報偏大量級的降水。

5.3 決策的環境壓力分析

首先是時間的緊迫性極為突出。 盡管從科學角度來說,完整表述天氣過程的信息并不完備,但預報業務中預報員得到的資料數量之大,遠遠超過其分析、處理的能力極限。 如同戰艦在過飽和攻擊下超出計算機能力極限而崩潰一樣,大腦對海嘯般的信息也無法進行科學理性的思考。 更重要的是,即使在較為充裕的情況下,有效的預報分析時間往往也只有幾十分鐘。 以寧夏為例,因地處典型季風邊緣,為干旱、半干旱氣候,全區年平均降水僅為160 ～600 mm[44-45],所以總體上大降水的壓力相對較小。 在非汛期最為理想情況下一次預報可有60 ～120 min用于分析思考,而汛期最充裕的一次預報不足40 ～60 min的有效思考時間。

所以相對更關鍵的問題是:針對當前天氣情況下,在諸多性能相對不錯的數值預報產品中,如何有效地識別更具有預報指導意義的信息并及時分析,即大數據背景下信息的有效性和貢獻度,而不宜片面追求信息的完備性,因為所謂的完備性只是一個相對的概念。

5.4 決策者之間的差異性分析

人與人之間總會有巨大的差異,決策者的差異必然會對決策產生至關重要的影響,所以在軍事斗爭中,對敵方指揮員個人情況和背景資料的掌握必不可少[46-48]。

對天氣預報員也一樣,每個人的性格特點、學業基礎、工作狀態、業務經歷、預報經驗、專業修養、對局勢理解、對過程的體會、預報傾向都存在不同且不斷變化,所以其預報結論必然不同。

由上述分析可知,在業務預報中,確定預報結論的決策因人而異,因時而異,因天氣而異,因當時的具體情況而異。

5.5 業務預報決策分析

對預報員來說,由于受決策時間和可利用資源的限制,其決策過程的理性只是相對的。 壓力環境下的理性往往介于完全理性和非理性之間,在識別信息時也會受影響而產生偏差。 而在重大災害性天氣預報的風險型決策中,人性的基本特征為厭惡風險,傾向于接受風險較小的方案。 而且往往只求比較滿意的結果,而不愿尋求最佳方案,當然時間等條件對此也有影響。

基于以上關鍵因素的分析基礎,對上述7 種決策理論簡要小結:

古典決策理論。 要求全部行為均在理性的情況下進行,且追求最小的代價實現最大的效益。 在實際預報過程中,預報員更加傾向于風險較小的保守方案,而不是追求信息的完備性,且行為決策還與預報員自身緊密相關。 而天氣預報業務目的是為防災減災、保障社會經濟發展和人民財產安全生產生活的需求,并不是簡單的追求利益獲取。 因此該理該論不適用于預報業務。

客觀理性決策。 要求在決策前考慮一切行動及其影響,最大限度的理性決策。 而預報員是崗位上有思想有情感也有各種欠缺和不足的具體的人,不能對當時天氣情況做出完全理性的判斷。 從檢驗評估的結果分析,當前無論是科學技術手段還是氣象工作者,都難以對天氣預報做出最佳的決策方案,無可避免地帶有一定程度的誤差。 一味追求絕對理性需要花費大量的人力物力財力,客觀上不可實現。 因此這一理論不適用于預報業務。

對連續有限比較決策理論。 雖說實際預報業務中確實沒法做到絕對理性,但此理論過于強調在供選擇的方案中選出一個滿意的方案。 此理論中決策者需對決策環境的看法簡化,往往忽視決策環境中的各種復雜因素,導致看到的有限幾個方案及其部分結果中選擇決策者滿意的方案。 在實際預報中,各種因素對氣象工作者有很大影響,無論是氣象工作者的心理因素,或者是學業能力等等的內在因素,還是氣象部門外在的利害責任關系等等外在因素,對決策都有著不同程度的影響,不應忽視客觀存在的內外決策環境因素對決策的作用。 業務中空報率高于漏報率也是一種趨利避害的保守情況,反而是過量的信息和欠缺的分析工具,導致決策者難以對信息進行高效率的分析利用,這些都是客觀內在外在的因素影響下導致的決策結果。因此該理論不適用于預報業務。

分析理性、組織決策理論。 強調集思廣益,通過組織、運用權力規章制度和溝通的方法,來彌補個人的決策欠缺。 然而在實際預報中,此理論過于強調部門組織規則制度對決策者的影響,人們在從事組織決策時的行為并非總是遵循理性選擇模式,而且也不可能達到一種最優選擇。 氣象工作者在進行預報工作時已經面臨著較大的壓力與難度,無論是氣象法還是部門的規章制度都對一線氣象工作者做出了要求,如果在此基礎上不僅不對預報人員施加更多人文關懷和制度思考,則可能陷入了官僚主義的管理陷阱,不利于工作的開展。 該理論更加適用于管理類決策,而對預報業務這類特定條件下專業技術決策有所不足。 因此該理論不適用于預報業務。

非理性決策理論。 強調潛意識的作用,而預報業務中,長期的一線工作經驗能夠給予氣象工作者更加出色的判斷決策能力。 當針對某一特殊熟悉的天氣進行預報時,往往更加突出個人的主觀預報決策,預報業務的工作環境就影響決定了其崗位上預報員的主觀決策,對預報結果來說,是客觀存在的因素。 因此該理論適用于預報業務

行為決策理論。 充分考慮了決策者所受到的各種影響,且對決策結果有著一定的容忍度,接受一定程度的理性與滿意度。 既考慮了預報員工作時所受的客觀條件,也承認了不同預報員的差異性主觀性,此理論側重并認可對決策者的認知和主觀心理過程,傾向于對決策行為的心理解釋,而不是單純對決策正誤的評價,能提煉出其他理性決策理論中完全沒有考慮到的個人主觀意識行為造成的變量。 充分體現了對預報員認知心理因素上的考慮,同時也滿足了實際業務下的任務要求。 因此該理論適用于預報業務。

現實漸進決策。 此理論是一種保守型決策,是一種強調決策者由于決策環境被迫采取消極的決策方案。 在預報業務過程中,預報員大多采用寧可空報不愿漏報的策略,預報員對自己決策過程中的決策結果表現為偏大偏重,這個決策過程本身就是一種現實漸進決策理論的體現。 相比于復雜的理性選擇和推斷,此決策能大大簡化決策過程,對預報員而言也是一種趨利避害一舉兩得的保守型方案;一方面既完成了對重大天氣災情的預報預警,很好的履行了自己的職業責任,另一方面也大大緩解了預報員對決策結果的決策壓力。 由此可知,這一決策理論方案顯然是肯定了在決策環境等各方面因素的限制條件下,出于決策者自己合理的主觀決策,滿足現實中預報業務的需要。因此該理論適用于預報業務。

綜上所述,預報員在面臨各種壓力的情況下,表現出非理性決策、行為決策和現實漸進決策的特點,在業務預報平臺的建設中適用上述決策理論。 因此,在解決上述問題的過程中,開發基于人工智能、大數據的災害天氣智能監測感知、網格預報智能生成以及災害天氣智能識別等技術是關鍵,本文的工作正是其前期的基礎性分析。

從管理角度講,還應從預報工作的具體情況出發,以人為本,科學制定更為適合的管理及考核制度,充分理解預報員的業務特點,加強人文關懷,減輕預報員多方面的壓力,幫助其排除干擾與雜念,專心致力于更加精準的預報。

5.6 適用業務預報決策基本特點初步分析與研究型業務

在上述適用決策理論中,每一種均有其自身特點。

對非理性決策來說,其非理性是相對的而非通常意義上的任性或隨意。 所謂的非理性來源于前期科學知識與理性經驗的充足積累,在預報時間緊迫的特定壓力環境下,觸發近于條件反射式的決策過程。 采用非理性決策時,首先要發揮非理性因素對理性因素的誘導和補償作用,其次要注意理性因素對非理性因素的支配和定向作用。

在其他類別的決策過程中,決策者的行為因素往往對決策結果無顯著影響。 但行為決策中,決策者本身的行為對結果的影響特別突出,關注實際決策行為中的現實因素,尤其是行為認知對決策結果的影響,強調決策者的認知程度存在不足和行為的有限理性,注重實際決策環境中的高度不確定性。 理性決策追求最優選擇,但行為決策只要獲得令人滿意的結果即可。

現實型漸進決策認為,決策者不可能擁有全部智慧和有關決策的全部信息,而決策的時間、費用又有限,故只能采用應付局面的辦法,在“有偏袒的相互調整中”作出決策。 該種決策程序簡單,實用、可行,并符合利益要求以解決現實問題。 其決策結果并非最優,但可實現基本滿意。

中國氣象局《研究型業務試點建設指導意見》指出:對原有以業務值班為主業務升級再造,通過業務與科研的深度融合,使之兼具業務運行和科研開發雙重屬性和職能。 這就要求我們,一方面要深入研究并通過科技手段加強業務,這一工作一直受到高度關注并持續推進。 另一方面還要加強對業務主體即預報人員的研究與直接輔助,而這類工作相對較為欠缺。 本文的工作既是對網格預報業務的研究,也涉及在新型業務環境下對預報員的嘗試性研究,通過引入決策科學技術,輔助預報員減輕事務性工作壓力,從而促進其更加專心地加強對天氣的深入分析,逐步完善研究型業務。

6 結束語

在中國氣象局無縫隙網格預報總體規劃和實施方案的指導下,結合部分省市的預報業務實踐,充分利用各相關學科的研究成果,推進無縫隙網格預報工作,進一步加強對預報人員的技術支持,針對預報業務的具體環境,分析了決策科學的理論適用性。 結果表明:

(1)中國無縫隙網格預報極大地提高了天氣預報服務的能力和水平,與以往業務相比產生了革命性的本質飛躍。

(2)預報員仍然處于業務系統的核心地位,在可預見的歷史時期內尚難以被AI 或其他任何技術取代。但預報員需處理的信息量較傳統預報增加了104 ～106 倍以上,呈現爆炸式增長,且預報頻次的提高,導致其分析思考時間消亡式萎縮,以往的分析思路與方法無法適應當前業務需求,預報員業務負荷急劇增長。

(3)在數值預報產品性能持續提高的背景下,當前的業務工作中未來天氣的物理圖像日漸清晰日益準確的情況下,預報員面臨的任務與困難明顯超越傳統的天氣分析預報的范疇,更加突出地體現出決策行為的特點。 進一步明確人在預報業務體系中的核心地位,充分挖掘預報員天氣學原理指正下的寶貴經驗,并與發揮計算機的特長相結合,應用決策科學的理論與方法為預報員提供技術支持,是改進完善無縫隙網格預報的重要途徑。

(4)當前形勢下無縫隙網格預報過程中,傳統的經典決策、完全決策、連續有限對比等決策理論因其相關前提條件無法滿足而適用性不強。 在預報決策過程中,還必須考慮到預報員在業務工作的特有環境中,在時間、信息、資源、工具、分析基礎等業務能力方面的限制性約束條件。

(5)在無縫隙網格預報業務條件下,從專業職責、法律條款、檢驗評估、個體差異、環境壓力等方面,探討了預報員有限理性的原因與表現,表明上述因素的總體綜合作用及知覺偏差對預報的影響明顯。 預報員在工作中表現出傾向于風險更小而非結果最優、滿足于相對滿意而非最佳方案等關鍵特點。

(6)預報員在當前無縫隙網格預報工作中,體現為非理性決策、行為決策和現實漸進決策。 同時指出,除了預報員個體的決策行為之外,還需以人為本,關注業務制度與行政管理科學化建設并加強人文關懷。 通過研究,明確了無縫隙網格預報中業務決策智能支持系統的決策適用性理論,為促進該項業務的進一步改進和完善提供支持,并促進對預報人員的深入研究和研究型業務的建立。

致謝:感謝成都信息工程大學(KYTZ201906、BKJX2019081)對本文的資助