編者按
12月19日，中國(guó)氣象局在河北雄安新區(qū)發(fā)布“風(fēng)清”、“風(fēng)雷”、“風(fēng)順”三個(gè)氣象人工智能預(yù)報(bào)模型升級(jí)成果。自2024年6月發(fā)布以來，“風(fēng)清”、“風(fēng)雷”、“風(fēng)順”在業(yè)務(wù)實(shí)踐中各展身手，有效提升預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度和預(yù)報(bào)效率。如今，經(jīng)過科研攻關(guān)，升級(jí)后的三個(gè)氣象人工智能預(yù)報(bào)模型將為中短期預(yù)報(bào)、短臨預(yù)警、極端氣候事件預(yù)警、全球氣候服務(wù)等領(lǐng)域提供更廣泛、更精準(zhǔn)支撐，切實(shí)發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用。
人工智能全球中短期預(yù)報(bào)系統(tǒng)“風(fēng)清”
12月29日，記者從中國(guó)氣象局獲悉，隨著我國(guó)自主研發(fā)的人工智能全球中短期預(yù)報(bào)系統(tǒng)“風(fēng)清”（以下簡(jiǎn)稱“風(fēng)清”）升級(jí)至V1.5版本，其各項(xiàng)性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)新的提升，可在3分鐘內(nèi)生成未來0至15天、逐6小時(shí)更新、25公里分辨率的全球氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品，有效預(yù)報(bào)天數(shù)超過10.5天。
圖為“風(fēng)清”模型預(yù)報(bào)產(chǎn)品以及服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景
中國(guó)氣象局人工智能天氣預(yù)報(bào)模型重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員宮宇介紹，“風(fēng)清”的數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全國(guó)產(chǎn)自主可控。升級(jí)至V1.5版本后，“風(fēng)清”的各項(xiàng)性能指標(biāo)有了新提升：構(gòu)建了物理守恒約束的模型架構(gòu)，進(jìn)一步提升有效預(yù)報(bào)天數(shù)；新增總降水量、對(duì)流性降水降雪量、輻照度、100米風(fēng)、云量等11個(gè)物理量的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，可進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)于多行業(yè)、多場(chǎng)景預(yù)報(bào)服務(wù)的支撐能力；基于天氣學(xué)認(rèn)識(shí)，巧妙客觀識(shí)別災(zāi)害天氣發(fā)生，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性優(yōu)化，進(jìn)一步降低災(zāi)害性天氣強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差。
自2024年6月“風(fēng)清”V1.0版本發(fā)布以來，團(tuán)隊(duì)持續(xù)優(yōu)化模型底層框架邏輯，針對(duì)性提升模型的降水及中長(zhǎng)期災(zāi)害性天氣強(qiáng)度預(yù)報(bào)能力，并已在中央氣象臺(tái)和各地氣象部門的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)中落地應(yīng)用、發(fā)揮實(shí)效。2024年9月，在應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)“摩羯”的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)中，“風(fēng)清”在臺(tái)風(fēng)登陸前6天多就提前鎖定其登陸路徑，為廣東、廣西、海南防災(zāi)決策搶出寶貴的窗口期。
在2025年汛期華北“面弱、點(diǎn)強(qiáng)”的強(qiáng)降雨天氣背景下，“風(fēng)清”在更早捕捉到暴雨災(zāi)害性天氣發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)，有效為遞進(jìn)式預(yù)報(bào)服務(wù)打出提前量，幫助收到“風(fēng)清”的信號(hào)后的預(yù)報(bào)員，更好的結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)模式，精準(zhǔn)捕捉災(zāi)害性天氣過程。“2025年8月19日8時(shí)，‘風(fēng)清’提前8.5天預(yù)報(bào)出華北分散性暴雨過程。”宮宇說。
目前，“風(fēng)清”V1.5版本已通過業(yè)務(wù)化評(píng)審。未來，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)推進(jìn)模型優(yōu)化，重點(diǎn)提升時(shí)間與空間分辨率，深化多源數(shù)據(jù)融合應(yīng)用，并進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)處理與規(guī)律解析潛力，讓“風(fēng)清”在極端天氣預(yù)警、區(qū)域精細(xì)化預(yù)報(bào)等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。
人工智能臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)“風(fēng)雷”
近日，中國(guó)氣象局與清華大學(xué)聯(lián)合構(gòu)建的人工智能臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)“風(fēng)雷”（以下簡(jiǎn)稱“風(fēng)雷”）升級(jí)至V1.1版本，實(shí)現(xiàn)從預(yù)報(bào)雷達(dá)回波到直接預(yù)報(bào)定量降水的根本性升級(jí)，標(biāo)志著我國(guó)在短時(shí)強(qiáng)降水特別是極端暴雨的預(yù)報(bào)方面取得關(guān)鍵性技術(shù)突破。
“風(fēng)雷”模型技術(shù)路線圖
強(qiáng)對(duì)流天氣突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大，其精準(zhǔn)預(yù)報(bào)是世界性難題。2024年發(fā)布的“風(fēng)雷”構(gòu)建了“數(shù)據(jù)—算力—平臺(tái)”全流程人工智能臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)，聚焦雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣的臨災(zāi)預(yù)警，在2024年汛期業(yè)務(wù)試運(yùn)行中便初露鋒芒。它能夠在3分鐘內(nèi)生成未來0至3小時(shí)、逐6分鐘更新的雷達(dá)回波預(yù)報(bào)產(chǎn)品，可在幾分鐘內(nèi)預(yù)測(cè)對(duì)流系統(tǒng)的新生與消散，對(duì)局地極端強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)能力顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法，強(qiáng)回波預(yù)報(bào)質(zhì)量較原有業(yè)務(wù)產(chǎn)品提升超25%。
預(yù)報(bào)“雷達(dá)回波”如同觀察云層的運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)弱，而要真正評(píng)估災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，需要知道具體“會(huì)下多少雨”。2025年，研發(fā)團(tuán)隊(duì)聚焦定量降水這一核心難點(diǎn)攻關(guān)，升級(jí)推出“風(fēng)雷”V1.1版本，實(shí)現(xiàn)了直接預(yù)報(bào)定量降水的根本性升級(jí)。新版本深度融合物理規(guī)律約束與氣象專家經(jīng)驗(yàn)，基于更高精度的降水融合實(shí)況數(shù)據(jù)訓(xùn)練而成。這一技術(shù)路徑，確保了預(yù)報(bào)結(jié)果既符合大氣科學(xué)原理，又顯著提升了穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度。
升級(jí)后的“風(fēng)雷”在今年汛期應(yīng)用中表現(xiàn)卓越。6月底，其全新降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品提前投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行，接入中國(guó)氣象局短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)（SWAN3.0），以逐10分鐘更新、1公里分辨率的超高精度，為汛期強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)預(yù)警提供有力支撐。
在一次次實(shí)戰(zhàn)中，“風(fēng)雷”展現(xiàn)出精準(zhǔn)預(yù)報(bào)能力：6月29日，成功預(yù)警北京突發(fā)性強(qiáng)對(duì)流天氣；6月30日，在河南南陽極端暴雨過程中，提前2小時(shí)預(yù)報(bào)出超過120毫米的強(qiáng)降水，為防災(zāi)調(diào)度爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。業(yè)務(wù)檢驗(yàn)表明，“風(fēng)雷”在短時(shí)強(qiáng)降水，尤其是極端暴雨預(yù)報(bào)方面取得顯著突破。
模型的突破性進(jìn)展背后是創(chuàng)新的研發(fā)組織模式。國(guó)家氣象中心牽頭，聯(lián)合清華大學(xué)、國(guó)家衛(wèi)星氣象中心、國(guó)家氣象信息中心、地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)中心、氣象探測(cè)中心等多家單位，構(gòu)建了任務(wù)導(dǎo)向型聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，明確了從數(shù)據(jù)支撐、算力保障到合作研發(fā)、業(yè)務(wù)分發(fā)的全鏈條協(xié)作，高效推動(dòng)“風(fēng)雷”實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破。
目前，“風(fēng)雷”及其定量降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品已全面融入國(guó)、省、市、縣四級(jí)氣象業(yè)務(wù)體系，為全國(guó)各級(jí)氣象部門短臨預(yù)警業(yè)務(wù)提供更直接、更精準(zhǔn)、更可靠的客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品，為延長(zhǎng)防災(zāi)減災(zāi)決策和響應(yīng)時(shí)間、發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用提供強(qiáng)有力支撐。
人工智能全球次季節(jié)—季節(jié)預(yù)測(cè)系統(tǒng)“風(fēng)順”
近日，由中國(guó)氣象局聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)、上海科學(xué)智能研究院團(tuán)隊(duì)研發(fā)的人工智能全球次季節(jié)—季節(jié)預(yù)測(cè)系統(tǒng)“風(fēng)順”（以下簡(jiǎn)稱“風(fēng)順”）升級(jí)至V1.5版本，其空間分辨率、預(yù)測(cè)要素、概率預(yù)測(cè)性能、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)等均實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。這標(biāo)志著“風(fēng)順”在精度、要素覆蓋和服務(wù)能力方面邁上新臺(tái)階。
“風(fēng)順”模型技術(shù)架構(gòu)
空間分辨率提高對(duì)細(xì)致捕捉小范圍天氣氣候事件尤為關(guān)鍵。“風(fēng)順”V1.5版本通過調(diào)整模型架構(gòu)和精度，實(shí)現(xiàn)全球水平分辨率由1.5°（約150公里）精細(xì)至0.25°（約20公里），大幅增強(qiáng)對(duì)區(qū)域天氣氣候系統(tǒng)的刻畫能力，能夠?yàn)榫值貥O端事件預(yù)測(cè)提供更精細(xì)產(chǎn)品。目前，“風(fēng)順”在世界氣象組織（WMO）和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）主辦的AI Weather Quest競(jìng)賽中暫列前茅。
基于關(guān)鍵氣象要素生成的精細(xì)化預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對(duì)于服務(wù)各行業(yè)領(lǐng)域有重要意義。面向農(nóng)業(yè)、新能源、水利等行業(yè)需求，“風(fēng)順”新增日最高/最低氣溫、太陽輻射等十余項(xiàng)關(guān)鍵氣象要素，拓展人工智能模型在多領(lǐng)域場(chǎng)景的應(yīng)用潛力。
國(guó)家氣候中心氣候變化影響適應(yīng)室主任、雄安氣象人工智能創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)陸波舉例稱：“日最高/最低溫?cái)?shù)據(jù)可為精準(zhǔn)研判霜凍、干熱風(fēng)等農(nóng)業(yè)災(zāi)害提供關(guān)鍵指標(biāo)。”而在新能源領(lǐng)域，新增的太陽輻射等要素可直接用于光伏發(fā)電效率預(yù)測(cè)，提升發(fā)電調(diào)度精準(zhǔn)度。
3周至5周全球平均氣溫和降水預(yù)測(cè)技巧的提升，在應(yīng)對(duì)極端天氣中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。升級(jí)后的“風(fēng)順”在模型中引入面向概率分布的損失函數(shù)，強(qiáng)化對(duì)預(yù)測(cè)不確定性的建模能力，使次季節(jié)尺度預(yù)報(bào)更具可靠性，實(shí)現(xiàn)3周至5周全球平均氣溫和降水預(yù)測(cè)技巧分別提升12%和5.6%。在研發(fā)階段的回算測(cè)試中，系統(tǒng)對(duì)北京密云特大暴雨等極端事件展現(xiàn)出更大的概率捕捉潛力。
高質(zhì)量數(shù)據(jù)能為模型提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使其在預(yù)測(cè)中表現(xiàn)出更高的準(zhǔn)確性。“風(fēng)順”訓(xùn)練與推理使用新一代國(guó)產(chǎn)大氣再分析資料CMA-RA V1.5。CMA-RA V1.5的逐小時(shí)更新、水平分辨率達(dá)10公里，可重現(xiàn)自1979年以來從地面至55千米高度的全球三維大氣狀況，涵蓋位勢(shì)高度、溫度、比濕、風(fēng)等204個(gè)變量，能更精細(xì)捕捉大氣運(yùn)動(dòng)的時(shí)空特征。
下一步，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將錨定更長(zhǎng)時(shí)效預(yù)測(cè)、更多圈層預(yù)報(bào)的方向進(jìn)一步優(yōu)化“風(fēng)順”，推動(dòng)其在極端氣候事件早期預(yù)警、能源調(diào)度、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃及國(guó)際氣候服務(wù)中發(fā)揮更廣泛、更精準(zhǔn)的支撐作用。
中國(guó)氣象報(bào)社 ?出品
作者：黃彬?閆泓?張小雯?劉蕊
編輯：李悅 賈靜淅
發(fā)布：馬超
審核：姜虹?段昊書
【未經(jīng)授權(quán)，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載！聯(lián)系電話028-86968276】
