短时临近预报听“风雷”

　　《瞭望东方周刊》记者史佳庆 编辑陈融雪

　　“2024年6月18日，中国气象局发布‘风雷’系统，借此更高效、更准确地让人们提前防范，更好地保障生命财产安全。”

　　2024年11月1日6时，中央气象台发布暴雨蓝色预警：预计当日8时至次日8时，江苏东南部、上海、浙江中东部等地将出现大到暴雨。相比传统预报，此番应用的人工智能短时临近预报系统“风雷”（以下简称“风雷”）提前了90分钟准确预警，为相关部门部署防范争取了宝贵时间。

　　作为我国天气预报业务的重要组成部分，短时临近预报主要针对强对流、强降水、突发性大雾等突发性和小尺度天气，包括短时预报和临近预报。其中，短时预报一般指对未来2至12小时的预报，临近预报也被称为甚短时预报，指对当前天气状态的详细描述和对未来0至2小时天气变化的预测。

　　“2024年6月18日，中国气象局发布‘风雷’系统，借此更高效、更准确地让人们提前防范，更好地保障生命财产安全。”第十四届全国人大代表、中国气象局强对流天气重点创新团队首席科学家郑永光告诉《瞭望东方周刊》。

　　一显身手

　　近年来，我国天气雷达覆盖率、精细度和时空分辨率不断提高，成为强天气临近预报/预警的有力支撑。据郑永光介绍，目前，我国正在布网建设的S、C 和X 波段双偏振多普勒天气雷达观测，提高了对流系统中降水粒子的相态识别能力。有了这些信息，“风雷”才能一展身手。

　　6月27日下午1时许，天气雷达监测到河北省张家口市一带有雷雨云，“风雷”预测其由西北向东南方向移动。随后，北京市气象台发布雷电蓝色预警信号：27日20时，北京市大部分地区有雷阵雨天气，局地短时雨强较大，并伴有7级左右短时大风。

　　中央气象台首席预报员张涛表示，从当时的雷达图上看，雷雨一定会影响北京市西北部山区，如延庆。但翻过山区往南，传统监测分析方式则难以准确预判。

　　“天气涉及温度、气压、湿度和风等物理属性，而预报是根据质量守恒、能量守恒、动量守恒进行计算。”张涛解说道，天气预报无法百分百准确，只能有限探测和近似计算。

　　事实上，“风雷”在正式发布之前就已露身手。5月30日上午，北京市内艳阳高照，“风雷”的短时临近预报却显示下午有分散性短时雷阵雨，并伴有大风。北京市气象局实行分区预警，针对当天天气情况，北京市延庆区气象局在12时45分率先发布雷电蓝色预警，提示伴有大风和小冰雹，随后发布了大风蓝色预警。

　　14时许，北京市多个区域天空骤然变得阴沉，白昼瞬间转为黑夜，迎来了疾风骤雨。延庆最先出现降雨，风雨几乎同时降临，随后，昌平、石景山、密云、海淀、西城，一时间大雨如倾盆般倾泻而下……

　　据郑永光介绍，此次预报是对“风雷”的测试。“‘风雷’不仅将预测时间提前了60分钟左右，还准确描绘了强飑线的组织形态、发展过程，为我们争取了应对灾害性天气的宝贵时间。”郑永光说。

　　“2024年汛期，在对北京强对流天气的多次预报中，‘风雷’亦表现良好，一般能提前1个小时给出飑线形态的预测。”郑永光说。

　　 2024年暑期，辽宁省多地出现持续强降水，当地气象局引入“风雷”，通过“闪信”发布预警信号，对未来3小时的天气每12分钟外推一次，精准指导了沈阳、鞍山、辽阳、盘锦等地区提前预警，平均提前时间达到了130分钟。

　　全流程预报

　　我国气象部门开展强对流天气短时临近预报业务，始于2004年。2009年3月，国家气象中心（中央气象台）成立强天气预报中心，专职负责强对流天气业务预报和研究。如今，中央气象台已建立起强对流天气监测、分析、预报、检验和灾害调查等一系列完整的客观技术支撑、业务和流程，并实时或定时发布监测和预报产品，预报准确率、提前量和精细化水平稳步提高。

　　据郑永光介绍，“风雷”使用我国累积7 年的雷达资料，构建了一套“数据—算力—平台”全流程临近预报系统，能在3分钟内生成未来0至3小时、逐6分钟的雷达回波产品，将强回波预报技巧提升25%。

　　“对流生消（对流风暴的形成和消亡）是短时临近预报中长期存在的难题。以前，我们只能线性外推预报对流的状态；如今,‘风雷’应用深度学习和生成式人工智能技术，将物理模型和人工智能有机融合，在预报的准确性和细节丰富性上实现了突破。”郑永光说。

　　值得注意的是，短时临近预报的发展离不开观测技术的提升和观测网的建设。精密的观测网可提供宝贵的数据基础，这些数据是发展短时临近预报新技术和新方法的基石。目前，中国气象局已研发出短时临近预报业务系统SWAN3.0。该系统集成了双偏振雷达、X波段雷达、卫星、自动气象站等多源精细观测资料，运用了智能识别和深度学习等技术，在国、省、市、县四级气象部门共享落地，成为气象部门防范应对强对流天气的重要工具。

　　仍有制约

　　我国位于东亚季风区，冷暖、干湿空气交汇频繁，暖季对流系统活跃，常产生短时强降水、冰雹、雷暴大风、龙卷风等强对流天气。这些天气突发性强、尺度小、演变快，同时致灾性强，易造成重大人员伤亡。

　　因此，短时临近预报预警尤为重要。辽宁省气象灾害监测预警中心副主任王瀛称，通过该省气象灾害监测预警发布一体化平台，预警信号可在5分钟内由省传到市、县气象部门，电话叫应地方政府，并向公众发布。

　　“短时临近预报的信息直达最前线、最基层的防汛责任人，是确保防灾、减灾成功的‘最后一道防线’。”福建省气象局首席服务专家黄志刚表示。

　　然而，“在天气预报领域，要做到精准预报，我们仍面临多方面制约。首先，部分气象数据质量不高、观测难以全覆盖，直接影响了预报准确性；其次，受限于当前的技术水平，重要的物理规律和新数据尚未被纳入人工智能大模型计算，影响了‘风雷’的预报能力；最后，受限于算力，我们尚未训练出更大、更复杂的模型来捕捉更多的天气特征。”郑永光说。

　　如今，我国强对流预报准确率较五年前提升了10%以上，已从无到有构建了针对龙卷风的预报技术体系。“即便是美国这种拥有丰富历史资料和数据的发达国家，对龙卷风的短时临近预报空报率也高达七成以上，即每发出10次龙卷风预报预警，便有至少7次未发生。”郑永光表示。

　　“我们期望未来的大模型能充分发挥综合多源数据的预报优势，短时临近天气预报更加准确。”郑永光说。