通往未来的黑科技
- 发布日期：2025-01-04 19:26 点击次数：54 量子计算机 破译更繁复的天气“密码” 中国气象报记者 张格苗 有消息称，英特尔公司已经制作出了49量子位元的超导体量子测试芯片，IBM制作出了50量子位元的处理芯片。有科学家将量子计算称为第四次工业革命的引擎，经典计算机需要100年才能破译的密码，量子计算机用1秒钟就能搞定。而未来，量子计算机在气象预报领域的应用也非常值得期待。 对天气预报的核心技术——数值预报模式来说，它极其依赖高性能计算。而最好的超级计算机系统大约能完成5到20个量子比特量子计算机所做的事情。据称，当量子计算机达到约50个量子比特之后，它的能力将一骑绝尘，超级计算机只能“望洋兴叹”。 网络有消息称，制造量子计算机是21世纪科学界最大的骗局。实际上，人们已经离它越来越近。2017年8月，我国将世界上第一颗空间量子科学实验卫星“墨子号”送入太空并投入使用，标志着我国走在量子技术科研最前沿。同年11月24日，日本科学家发布了最新研究成果，表示成功研发了超高性能的新型量子计算机。 清华大学交叉信息研究院主攻量子信息和量子光学的助理研究员尹璋琦称，量子计算机当然不是骗局，但现在面临的最大问题是不能做出一个可纠错可扩展的、大型实用的量子计算机。目前，最好的量子计算机大概只能达到50个量子比特，而真正实用的量子计算机可能需要百万个量子比特。 在天气预报领域，影响天气变化的因素纷繁复杂，海洋、云层、风……这也是为什么，目前的计算机系统总是无法搞定，因为它的能力还不足以搞定那么多因素的计算。假如未来，真正实用的量子计算机诞生，这个难题就能得到解决。尹章琦说，量子计算机的应用将很有可能极大地提升人们求解线性方程组的能力，最终促进天气预报能力的提升。 微小卫星 提升全球观测覆盖率 中国气象报记者 宛霞 谈到卫星，人们大多认为是一些重量较大的“大家伙”，比如风云系列气象卫星，殊不知还有微小卫星这样的“小家伙”，而气象部门的碳卫星也算其中一员。 根据卫星的质量，国际上通常把小于1000公斤的卫星称为广义的小卫星。“碳卫星重600多公斤，是目前唯一一颗应用于我国气象研究领域的小卫星。”中科院微小卫星创新研究院新技术中心主任、碳卫星副总设计师张永合说。 “目前，我国每年发射几十颗微小卫星，主要应用于遥感、通信、导航增强、科学实验和技术验证等领域。”张永合说，“微小卫星技术集成度高，低成本，研发周期短，一般少于3年，可以采用或验证一些最新技术；同时，微小卫星可以向网络化发展，即一次性布局很多颗形成组网应用，提高数据采集频率和观测覆盖率。” 谈及微小卫星在气象领域的应用，国家卫星气象中心毕研盟研究员说：“在一些特殊观测中，使用机动灵活的微小卫星小平台非常有优势，比如观测二氧化碳，需要星下观测、耀斑观测、目标观测、太阳定标、月亮定标等很多观测模式，要在小平台配合下观测。碳卫星具备七种观测模式，多数都是在小平台配合下完成观测任务的。” 毕研盟认为，温室气体观测如果要实现快速全球覆盖，在增加仪器对地观测幅宽的同时，还可利用微小卫星实现多星编队、组网观测，可快速提升全球观测覆盖率。 2017年2月15日，印度空间研究组织发射的104颗卫星中，有101颗属于10公斤以下的微小卫星。张永合介绍，印度开创了一种新的微小卫星低成本商业发射模式，预示着全球的商业化微小卫星发展将进入一个新阶段。 从全球层面看，现在有非常多的计划考虑利用微小卫星组网获取气象观测大数据，如温室气体、城市污染气体监测等。“未来，相信微小卫星在气象领域大有可为。”张永合说。 人工智能 补充数值预报不是梦 中国气象报记者 王玫珏 “刷脸” 即可开门、解锁手机，微笑就能打折的无人超市……当人工智能发展浪潮席卷全球，气象领域也透露着人工智能的现代气息，如天气预报专家系统、智能天气信息采集系统、智能预报系统、智能气象信息发布系统以及应用在天气预报中的人工神经网络等。 人工智能是对人的思维信息过程的模拟，大致可划分为四种，即机器“像人一样思考”“像人一样行动”“理性地思考”和“理性地行动”。就天气预报而言，以专家系统和神经网络系统为代表的人工智能的实际应用，是基于经典天气学理论，从而有着深厚的理论基础的应用路径。发轫于2010年，以“墨迹天气”“彩云天气”为代表的人工智能应用，则是基于大数据理论的、与经典气象学理论没有直接关联，纯粹以机器学习为主的实际应用。 人工智能能否作为数值预报的补充呢？深圳市气象局正利用大数据和人工智能开展新预报方法的试验，联合阿里巴巴集团数据科学和技术研究院采用大数据挖掘、云计算、机器学习等技术研发强降雨的短时临近预报新方法；搭建短时临近预报技术众创发展平台，利用阿里云服务平台搭建一个支持人人创新、人人分享的短时临近预报技术众创发展平台。 有专家认为，人工智能在气象预报中的应用具有广阔的前景，将在数据采集系统、天气预报自动预测系统和天气新闻自动撰写发布系统等方面得到更广泛的应用。 大型无人机 为台风做CT式扫描 中国气象报记者 简菊芳 大约十年前，飞行高度5000米至8000米，载荷30公斤以内的中小型无人机已经开始在气象领域应用。2017年启动了航程3000公里，飞行时间五至六小时，载荷300公斤以上的大型无人机在气象探测等领域的应用。但是，由于发动机等技术限制，我国大型无人机在国内各领域的应用远不及美国的全球鹰。 中国气象局气象探测中心基地室主任张雪芬认为，无人机的应用前景非常广阔，尤其是大型无人机在台风探测方面的应用更是潜力无限。就气象领域而言，目前的无人机主要应用于气象环境和生态环境监测以及相关气象科学研究工作。随着无人机尤其是大型无人机相关技术水平的提高，在气象领域的应用将越来越普遍。首先，无人机可以用于台风探测。大型无人机可以实现飞行高度1.5万米以上，这种大型无人机可以在台风顶部，避开台风的危险区，对台风和对流云内部结构进行精细的“CT式”扫描，获知其微物理结构和内部动力及热力廓线信息，大大弥补目前台风和对流云观测手段的不足，为台风路径、强度预报以及人工影响天气作业提供资料，提升防灾减灾能力。 此外，在农作物土壤墒情调查、作物长势、干旱监测等方面，无人机的应用前景也非常广阔。对于一些特殊的垂直观测、生态情况调查、植保领域火情监测以及高原空白区的探测、海洋探测和无人区等领域的探测，无人机都有无可比拟的优势。 无人机应用的领域将越来越宽广，在以环境监测、环境执法以及环境治理为主的环保领域，电力电网线路巡检、领土确权问题、快递运输、生态与农业领域诸如生态调查、农业灾害和作物长势调查等，影视剧拍摄，灾后救援等方面，无人机都有成本低、效率高、速度快等优势。 物联网 “调配”气象要素成为现实 中国气象报记者 崔国辉 想要足不出户便能远程感知并调控蔬菜大棚中的气象要素？想在骑车出门前掌握沿途精细的实况天气？在物联网+气象快速发展的今天，这些事情已不再遥不可及。 物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。基于物联网技术架构，将气象观测、预报、预警信息传播、服务产品发布等多个系统与互联网连接起来，可以对各种气象信息和相关非气象信息进行智能收集、识别、处理、存储、交互与分发，实现大范围、大容量数据集中统一管理，提供数据质量控制和信息服务。目前，农业气象、交通气象、旅游气象等领域已初步形成物联网气象感知体系。 在安徽省肥西县，安徽省气象局打造了全省第一个农业气象物联网平台。种植户可通过互联网随时了解大棚内环境信息，并根据农作物生长需要，远程“调配”出适合作物生长的环境。 2017年底，中国气象局公共气象服务中心与北京摩拜科技有限公司深入探索“气象+物联网”新模式。未来，人们可以在自行车APP上随时查阅实时位置的天气预报及预警信息，并可将骑行过程中记录下的气象数据回传至数据库，提供给气象部门进一步开展服务。 随着物联网传感器技术、移动通信技术和其他相关技术的快速发展，我国物联网气象发展正在进入快车道，“无时不有、无处不有、全天候跟随”的气象服务离我们又近了一步。 可穿戴设备 人人都是“气象站” 中国气象报记者 孙楠 永不掉线的理念伴随着传感技术的不断发展逐渐变为现实，科技和人从分开走向融合，此后，有人的地方即有数据。 从2015年起，这一概念就被气象观测领域所关注，利用智能手表、智能手环、谷歌眼镜、智能运动鞋等可穿戴设备，使用微缩的、低价的传感器收集气象要素，通过处理器上传到云平台，将弥补一些边远地区观测站点不足、资料不全的遗憾，避免由于气象数据不足而造成的气象服务偏差。 随着大数据技术的发展，从感应观测延伸而来的众包数据成为可能。比如，下雨天，大数据可以分析某一时段某一路段的车辆雨刮频次，以此作为当地降雨量的参考。再如，荷兰代尔夫特理工大学的罗尔夫·胡特博士在雨伞上安装了一个压力传感器——一种将大气变化（如压力）转换成能量的装置。这种压力传感器还会收集雨水信息，并通过蓝牙技术将这些数据发送到用户智能手机上的一个应用程序中，然后再传送到一台计算机上。 发展至今，感应数据即便是非气象的，也可以用于气象观测甚至预报服务，带来颠覆性创新。2017年4月，一家位于波士顿的创业公司宣布，该公司可以借助手机通信塔之间信号强度估计降水量的技术，参考其他天气观测资料，做出更加准确的3小时预报产品，可以给出不同街区的预报结果。目前，欧洲和以色列的多家公司也在利用相似技术开展预报。 这些技术在可穿戴设备上的实现，方便了人们快速、便捷地获取有用的气象信息，使得气象信息和天气预报信息与人融为一体，实现“人即气象站”。 区块链 构建气候变化应对系统 中国气象报记者 段昊书 近年来，“比特币”等虚拟货币带“火”了一个技术名词——“区块链”，而这一相当具有颠覆性的技术也正被尝试运用于全球气候变化应对领域。有外媒披露，联合国将成立一个名为“气候链联盟”的组织，尝试运用区块链技术，构建透明、高效的全球气候应对研究系统，解决诸如监测碳排放、清洁能源交易和资金分配等问题。 区块链技术也称分布式账本技术，是用于构建一个分布于全球各地、实现协同运转的数据存储系统的技术，而关键之处在于，数据的读写权并不掌握在某个组织或公司手中，任何有能力架设服务器的人都可以参与其中。打个比方，传统的数据交换和存储方式，就好比网购时，买方将资金交给网购平台，平台再将资金转给卖方，所有交易账本由平台保管；区块链技术则实现了系统中的所有参与者共同存储这份交易记录，彼此监督，确保交易真实可信。 它是一种信用保障机制。而现如今，全球协同的气候应对行动缺乏透明度，也为欺诈和政策失利埋下隐患。 据悉，“气候链联盟”将依据巴黎气候协议的原则和内容制定倡议，推动借助区块链技术监督、分解气候应对行动方案，将其应用于包括温室气体测量、措施评估、碳汇交易及监督援助资金流动等领域，以此促进全球协作，切实履行承诺，更智慧地应对气候变化问题。 （责任编辑：李慧）
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