近日，城市氣象科技聯(lián)盟組織召開極端天氣下城市防災(zāi)減災(zāi)氣象科技成果發(fā)布會，發(fā)布了16項代表性成果，涵蓋人工智能技術(shù)應(yīng)用、雷達組網(wǎng)協(xié)同觀測、短時強降水預(yù)報技術(shù)、交通氣象保障技術(shù)等多個領(lǐng)域。

　　當(dāng)前，全球氣候形勢變得愈加復(fù)雜，極端氣候天氣事件的頻率和強度均有所增加，對城市經(jīng)濟社會發(fā)展和民生福祉造成嚴(yán)重威脅。黨的二十屆三中全會提出，“強化基層應(yīng)急基礎(chǔ)和力量，提高防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力”。如何以更高氣象科技水平保障城市防災(zāi)減災(zāi)建設(shè)？從此次發(fā)布的成果中，可以找到答案。

　　提供科學(xué)支撐，國產(chǎn)人工智能預(yù)報系統(tǒng)助力極端強降水精準(zhǔn)預(yù)報預(yù)警

　　在今年關(guān)于臺風(fēng)“格美”的氣象預(yù)報中，靈犀極端降水大模型幫了北京市氣象臺首席預(yù)報員趙瑋大忙。“這一模型可以較好地把握中到大雨過程，且大雨位置與實況較為吻合，能夠給預(yù)報員有效提示。”趙瑋說。

　　靈犀極端降水大模型是由北京市氣象局自主研發(fā)的國產(chǎn)人工智能預(yù)報系統(tǒng)，在今年汛期正式亮相，為北京及華北地區(qū)極端強降水精準(zhǔn)預(yù)報預(yù)警服務(wù)提供了科學(xué)支撐。

　　7月25日，臺風(fēng)“格美”先后在我國臺灣和福建省莆田市一帶登陸，登陸后其殘余環(huán)流北上影響我國內(nèi)陸地區(qū)。“是否會給北京帶來極端強降雨”是當(dāng)時北京市氣象臺分析研判的重點。“臺風(fēng)路徑、強度的變化，哪怕只是略微調(diào)整，對北京降水的影響都是非常大的。”趙瑋說。

　　靈犀大模型的精準(zhǔn)預(yù)測解決了這一難題。根據(jù)其預(yù)報的“7月28日8時至29日8時‘格美’轉(zhuǎn)向，北京地區(qū)降水落區(qū)東移”，結(jié)合環(huán)流形勢演變趨勢，北京市氣象臺綜合研判，“格美”對北京地區(qū)的影響明顯減弱，為市區(qū)兩級防汛部門科學(xué)合理開展防汛工作提供了參考。

　　靈犀極端降水大模型研發(fā)團隊使用華北地區(qū)站點實況數(shù)據(jù)對預(yù)報結(jié)果進行了檢驗。“今年汛期，靈犀大模型在降水分布和量級預(yù)測，尤其在強降水預(yù)測方面表現(xiàn)優(yōu)秀，平均強降水預(yù)報評分較主流大模型提升20%以上。”該研發(fā)創(chuàng)新團隊負(fù)責(zé)人、北京城市氣象研究院研究員馮琎說。

　　近年來，短時強降水、暴雨、冰雹等極端降水天氣頻發(fā)，嚴(yán)重威脅人民生命財產(chǎn)安全，為大城市氣象防災(zāi)減災(zāi)帶來極大挑戰(zhàn)，特別是去年北京“23·7”極端強降水發(fā)生后，有關(guān)部門更加認(rèn)識到，發(fā)揮人工智能技術(shù)在極端天氣精準(zhǔn)預(yù)報中的作用，不斷提升城市防災(zāi)減災(zāi)水平成為迫切需求。

　　在此背景下，北京市氣象局組建了人工智能氣象模型研發(fā)創(chuàng)新團隊，集中優(yōu)勢資源聯(lián)合攻關(guān)，建設(shè)面向?qū)嶋H業(yè)務(wù)應(yīng)用的人工智能預(yù)報體系，實現(xiàn)高精度預(yù)報和智能化極端天氣預(yù)警。

　　馮琎介紹，當(dāng)前，一些人工智能氣象中期預(yù)報環(huán)流大模型，在高空和地面氣象要素中期預(yù)報中表現(xiàn)較好，但在極端降水預(yù)報方面仍存在不足。為解決這一問題，團隊自主研發(fā)了靈犀大模型，實現(xiàn)算力、算法、數(shù)據(jù)的自主可控，可結(jié)合環(huán)流場生成降水診斷和6小時累計降水預(yù)報產(chǎn)品。

　　據(jù)了解，靈犀大模型的模型架構(gòu)由環(huán)流特征提取、降水診斷、升維三部分組成，通過自主研發(fā)的信息平衡方案，解決降水?dāng)?shù)據(jù)極端不平衡問題，同時掛載當(dāng)前主流的全球人工智能環(huán)流場大模型生成降水預(yù)報，有效彌補了當(dāng)前人工智能環(huán)流大模型在強降水預(yù)報方面的短板。

　　目前，團隊正在推進靈犀大模型融入氣象保險風(fēng)險預(yù)警服務(wù)領(lǐng)域，為風(fēng)險預(yù)警自動觸發(fā)、一鍵式發(fā)布及更廣泛的防災(zāi)減災(zāi)場景應(yīng)用提供重要支撐。

　　打破技術(shù)瓶頸，城市內(nèi)澇預(yù)警實現(xiàn)“大尺度、細(xì)街區(qū)、高精度”

　　隨著城市化進程加快，城市對強降水事件的敏感性明顯增強，在提升預(yù)報預(yù)警精準(zhǔn)度的同時，提高城市排水設(shè)計及內(nèi)澇預(yù)報預(yù)警能力已成為海綿城市、韌性城市建設(shè)的內(nèi)在要求。

　　由天津市氣象局研發(fā)的適應(yīng)氣候變化的大城市排水設(shè)計對策，以及大范圍、基于物聯(lián)網(wǎng)的高精度快速積水監(jiān)測技術(shù)、內(nèi)澇數(shù)值仿真模擬及預(yù)報預(yù)警技術(shù)發(fā)揮了氣象科技優(yōu)勢，使城市排水設(shè)計更加科學(xué)合理，城市暴雨內(nèi)澇預(yù)報預(yù)警及時可靠。

　　排掉多少水，要依據(jù)降雨情況來定。“我們基于長序列分鐘級國家氣象臺站降水資料，從年、月、日、分鐘等不同時間尺度，逐級提取典型降水信號，研發(fā)了應(yīng)對氣候變化和適用海綿城市設(shè)計的典型降水參數(shù)計算技術(shù)，確定區(qū)域典型降水年序列及典型暴雨過程，在此基礎(chǔ)上，以內(nèi)澇嚴(yán)重的街區(qū)為例，綜合考慮不同積水深度下的交通損失和管網(wǎng)投資，確定雨水排除系統(tǒng)的最佳設(shè)計期，并進一步利用廣義極值分布法，推算了未來50—100年可能的極端降水量。”天津市氣象科學(xué)研究所所長李明財說。

　　在以往對大城市大尺度暴雨模擬與評估的過程中，時效性與高精度難以兼顧的技術(shù)瓶頸一直存在。“我們研發(fā)了大城市尺度10米級暴雨內(nèi)澇逐時快速循環(huán)同化的數(shù)值仿真模擬技術(shù)，實現(xiàn)了‘大尺度、細(xì)街區(qū)、高精度’的內(nèi)澇快速模擬與評估，突破了以往的技術(shù)瓶頸，構(gòu)建了適用于沿海、沿江、山地、平原等多類型城市暴雨內(nèi)澇仿真模擬平臺。”李明財說。

　　據(jù)了解，通過采用“物聯(lián)網(wǎng)+人工智能”技術(shù)，天津市氣象局技術(shù)研發(fā)團隊建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的天津城市積水監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建了基于城市公共視頻監(jiān)測的城市暴雨內(nèi)澇積水智能識別模型，將積水識別結(jié)果與智能傳感器積水?dāng)?shù)據(jù)、氣象衛(wèi)星、雷達數(shù)據(jù)進行融合，實現(xiàn)城市暴雨內(nèi)澇立體智能監(jiān)測和精細(xì)化秒級內(nèi)澇預(yù)報預(yù)警。基于云計算技術(shù)，建立了多部門共享的“政務(wù)云+客戶端”城市暴雨內(nèi)澇實時決策平臺，實現(xiàn)了內(nèi)澇監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警、部門決策與應(yīng)急聯(lián)動等功能。

　　“近5年來，我們持續(xù)通過天津市政務(wù)云實時提供暴雨內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品，有效支撐政府應(yīng)急指揮決策及水務(wù)部門排水調(diào)度，在強降水發(fā)生時，沒有出現(xiàn)長時間、大范圍積水險情，降低了內(nèi)澇風(fēng)險及損失，社會效益顯著。排水設(shè)計氣象參數(shù)算法還推廣至北京、遼寧等8個省市的氣象部門，用于排水規(guī)劃設(shè)計氣象服務(wù)；城市暴雨內(nèi)澇仿真模擬技術(shù)及積水監(jiān)測技術(shù)向北京、石家莊、福州、南京等21個城市推廣應(yīng)用，在城市內(nèi)澇管理與應(yīng)對中發(fā)揮了示范作用。”李明財說。

　　以三維氣象數(shù)據(jù)為核心，構(gòu)建特大城市立體交通全鏈條預(yù)報服務(wù)體系

　　在南京大城市數(shù)字氣象孿生系統(tǒng)上，自動氣象站、風(fēng)廓線雷達、毫米波云雷達、微波輻射計、拉曼米激光雷達等18種氣象觀測數(shù)據(jù)盡數(shù)顯現(xiàn)。在南京市氣象局研發(fā)的數(shù)據(jù)融合和協(xié)同分析技術(shù)加持下，該數(shù)字氣象孿生系統(tǒng)能夠及時為城市公路交通的安全運行提供精準(zhǔn)的風(fēng)雨影響預(yù)報。

　　作為國際性綜合交通樞紐城市，江蘇省南京市承擔(dān)著區(qū)域性航運物流中心等功能，擁有公路交通、長江航運、軌道交通、低空飛行等多種交通方式，形成全方位的立體交通網(wǎng)絡(luò)，而大霧、結(jié)冰、暴雪、暴雨、臺風(fēng)等惡劣天氣會降低城市交通通行能力。在南京市，每年因天氣原因?qū)е碌慕煌ㄗ枞急燃s四成。

　　為了緩解惡劣天氣對城市交通帶來的壓力，南京市氣象局以三維氣象數(shù)據(jù)為核心構(gòu)建了特大城市立體交通全鏈條預(yù)報服務(wù)體系，助力綜合交通管理效能顯著提升。

　　“針對氣象數(shù)據(jù)專業(yè)性強、復(fù)雜性高、融合挖掘難等痛點，我們通過搭建地—空—天大城市三維觀測網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建無縫隙精細(xì)化的快速更新融合預(yù)報模式，創(chuàng)建面向五類交通場景的核心專業(yè)預(yù)報技術(shù)，針對公路、軌道、長江、低空和公眾搭建五類數(shù)字化場景平臺，實現(xiàn)從風(fēng)險預(yù)警到部門處置的快速閉環(huán)，構(gòu)建了特大城市立體交通全鏈條預(yù)報服務(wù)體系，有效提升城市交通管理水平。”南京市氣象局副局長康志明說。

　　9月16日，今年第13號臺風(fēng)“貝碧嘉”在上海浦東臨港新城沿海登陸，對江蘇省產(chǎn)生較大風(fēng)雨影響。此時正值中秋假期，交通運輸、日常出行的需求旺盛，高影響天氣的放大效應(yīng)更加明顯。南京大城市數(shù)字氣象孿生系統(tǒng)和該市防汛指揮部門及時聯(lián)動，借助多方數(shù)據(jù)，在災(zāi)害性天氣發(fā)生時快速報警，針對不同場景提供有針對性的風(fēng)雨影響預(yù)報。例如，場景式融入水上交通一體化指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)，在臺風(fēng)影響期間協(xié)助水上搜救中心保障了上千艘船舶在南京市安全避險，實現(xiàn)了南京長江水域“零死亡、零沉船、零污染”。

　　“基于數(shù)據(jù)同化、AI后處理等技術(shù)，在精準(zhǔn)預(yù)報方面，可形成0—10天無縫隙，百米級、分鐘級精細(xì)化，包含降水、溫度、風(fēng)場等全要素的融合預(yù)報模式，10分鐘即可快速更新，預(yù)報分辨率由每3公里3小時提高到每500米30分鐘。”康志明告訴記者。

　　氣象預(yù)警信息不僅要及時準(zhǔn)確，還要快速高效地轉(zhuǎn)化為防災(zāi)減災(zāi)行動力。從“消息樹”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;發(fā)令槍”，離不開多部門的聯(lián)動配合。記者了解到，南京大城市數(shù)字氣象孿生系統(tǒng)不僅包括氣象數(shù)據(jù)，還匯聚了交通、水務(wù)、海事、城運中心等部門的數(shù)據(jù)，并且和該市防汛指揮部門接入，氣象預(yù)警信息一旦生成，可快速直達各部門。

　　“接下來，在不斷提升氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)警服務(wù)能力，形成陸?？仗煲惑w化、協(xié)同高效的精密氣象監(jiān)測系統(tǒng)，健全智能數(shù)字氣象預(yù)報預(yù)測體系的同時，我們還要強化部門合作，進一步完善以氣象預(yù)警為先導(dǎo)的防災(zāi)減災(zāi)聯(lián)動機制，持續(xù)增強氣象預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動實效，努力筑牢防災(zāi)減災(zāi)第一道防線。”康志明說。（記者 侯顆）