AI“預見”強對流
夏日午後的城市上空，一片對流雲團從生成到傾瀉暴雨，僅需半小時。這種尺度小、演變快的強對流天氣，長期讓預報員如履薄冰——傳統外推法如同“用昨天的地圖找今天的寶藏”，數值模式因計算耗時難以實現高頻更新。AI賦能短時臨近預報，日漸成爲捕捉強對流天氣的“利器”。
“暴脾氣”的強對流天氣——
局地性強、生命史短、破壞力大
烏雲密佈、雷聲陣陣、局部陣雨等現象通常屬於對流天氣。當天氣變得更爲“暴躁”，出現冰雹、龍捲風、短時強降水等更爲劇烈的天氣時，則爲強對流天氣。
由於強對流天氣發生於對流雲系或單體對流雲塊中，這類天氣通常由中小尺度天氣系統引發，其空間尺度較小，一般水平範圍約在十幾公里至二三百公里，最小僅有幾十米至十幾公里。“急性子”的它來得快、去得也快，持續時長約爲一小時至十幾小時，短則僅有幾分鐘至一小時。
強對流家族的成員普遍“個頭”不大、突如其來且生命短暫，卻能在短時間內釋放出強大力量，因此都具有極強的破壞力和災害性。這也導致強對流天氣在所有天氣類型中屬於最難預報的，且越極端預報難度越大。
值得注意的是，其發展還受複雜地形、下墊面等因素干擾顯著，同一股冷空氣在平原可能引發大風，進入山區卻可能觸發局地暴雨，給準確預報帶來極大挑戰。
短時臨近預報“未雨綢繆”——
打造人工智能遞進式預報產品體系
短期天氣預報是公衆日常生活中最常接觸的天氣信息，能較爲準確地預測未來1至3天的天氣變化。
但面對如此“喜怒無常”的強對流天氣，短期天氣預報稍顯力不從心，“制服”它需要用到短時臨近預報。
短時臨近預報是專攻未來0至12小時內的天氣預報，其中0至2小時爲臨近預報，2至12小時爲短時預報。通常是基於觀測實況，如雷達、衛星、氣象自動觀測站等多源觀測資料，再結合數值預報和人工智能等技術方法，製作區域更精細、更高分辨率的天氣預報，其預報準確性也更高。
天氣預報是一項預測性科學，預報時間越長，不確定性越大；而越臨近的預報，其精度越高。因此，用短時臨近預報“實時診斷”生命史極短的強對流天氣更具參考性。
2004年，我國氣象部門開展強對流天氣短時臨近預報業務。2009年3月，國家氣象中心（中央氣象臺）成立強天氣預報中心，專職負責強對流天氣業務預報和研究。如今，國家氣象中心已搭建一套基於AI的“3161”遞進式強對流預報業務技術體系，從整體“把脈”天氣發展潛勢到實時監測天氣演變以及開展預報預警與“叫應”，以遞進式預報和精細化預警逐步縮小包圍圈——
短期預報時段（0—72小時），由“風清”強對流適配人工智能模型支撐，可對雷暴、短時強降水、雷暴大風等進行強度分級輸出，空間分辨率精細至3公里，提供逐12小時滾動預報；
短時臨近預報時段（0—12小時），深度神經網絡實時“咀嚼”中尺度數值模式、風雲衛星、多普勒雷達等多源數據，逐小時更新強對流落區和強度等級，“指哪打哪”的精準度進一步提高；
臨近預警時段（0—3小時），“風雷”人工智能模型以分鐘級速度鎖定新生風暴單體，自動生成分類強對流警報，並通過“智警達”多渠道秒級推送，實現監測、識別、預警的無縫銜接。
不僅要打通機制，還要升級平臺。新一代中國氣象局短臨預報系統（SWAN3.0）實現短臨業務全流程、全鏈條的平臺支撐。通過集成雙偏振雷達、X波段雷達、衛星、氣象自動觀測站等多源精細觀測資料，研發了融合智能識別和深度學習技術的短時臨近預報算法，在國、省、市、縣四級氣象部門實現共享和落地應用，成爲基層氣象臺站防範應對強對流天氣的必備工具之一。
“風雷”向“新”而生——
開闢AI破解強對流預報新路徑
2024年，中國氣象局首個短時臨近預報人工智能模型“風雷”橫空出世，標誌人工智能技術在臨近預報領域得到深度應用。
作爲中國氣象局人工智能氣象模型“風”系列的首批成員，“風雷”使用我國累積7年的雷達資料，構建了一套“數據—算力—平臺”全流程臨近預報系統，不僅顯著提高了公里尺度下0至3小時雷達回波的預報能力，較業務產品提升33%，更能在3分鐘內生成未來0至3小時、逐6分鐘的雷達回波產品，將強回波預報技巧提升25%。
對流生消（對流風暴的形成和消亡）是短時臨近預報中長期存在的難題。以往只能線性外推預報對流的狀態；如今，“風雷”應用深度學習和生成式人工智能技術，將物理模型和人工智能有機融合，在預報的準確性和細節豐富性上實現了突破。
“風雷”的突破並非孤例，更多前沿技術正在集結——
基於“風雷”的雷暴大風、冰雹適配產品即將上線；與中國科學院大氣物理研究所合作的“雨算子”臨近降水預報系統進入實測階段；“智風”雷暴大風臨近預報技術已在浙江省預報平臺落地應用，實現精確到鄉鎮的雷暴大風客觀預警指導，最大提前量突破70分鐘；基於風雲四號B星觀測的高原強對流深度學習監測預警產品“雲眸”，正在爲西部地區的極端天氣提供更有力的支撐……
近期，10分鐘滾動更新、1公里分辨率的0—3小時降水產品即將上線，爲局地新生降水、極端降水等預報提供客觀支撐，“風雷”也將通過更密、更快的產品，及時抓住來得快、走得急的中小尺度強對流天氣。隨着科技的飛速發展，人工智能技術的融入將爲短時臨近預報帶來更多突破與變革，短時臨近預報的精準度和時效性有望取得更好前景。（工人日報客戶端通訊員 劉倩 張小雯 記者 車輝）
來源：工人日報客戶端