2024年5月30日京津冀地区遭遇12级雷暴大风,北京丰台千灵山出现树木倒伏,部分区域提前收到预警信息,该预警的精准输出,依托于气象业务系统——睿图-睿思系统(RISE,以下简称睿思系统)。
在“23•7”京津冀暴雨过程中,该系统对北京的整体雨带及极端雨强的预报结果,与实际观测数据偏差较小。
“百米级、分钟级”的多源数据快速融合预报系统为精细化气象预报提供了重要技术支撑。
《气象》特邀北京城市气象研究院陈明轩研究员撰文介绍睿思系统,该系统在“后冬奥”时代,通过发展、集成的一系列关键技术,应用人工智能等新方法,实现了精细化短时临近预报、对流初生临近预报等功能,在0~6 h短时临近预报时效内具有显著优势。同时,文章还探讨了“百米级、分钟级”预报技术未来发展面临的挑战与可能路径。
睿思系统(图1)系统可实现:
冬奥会结束之前,京津冀区域500 m分辨率、冬奥山地赛区100 m分辨率;后冬奥时代,覆盖北京地区100 m分辨率
捕捉传统预报难识别的小尺度天气特征,具备“百米级、分钟级”预报业务能力
图 1 睿思系统软件架构及实时运行流程示意图(调整自Chen et al,2025)北京冬奥会后,系统针对强对流天气精细化短时临近预报的痛点持续改进,应用效果已在天气过程与重大活动中验证,具体场景包括:
汛期业务保障:睿思系统为京津冀地区汛期业务预报提供了坚实的数据基础。2021—2024年京津冀地区汛期,降水阈值和预报时效的TS评分均表现良好,Bias评分总体接近于1的最优值,但25 mm•h-1强降水的3~6 h预报Bias评分偏小。2024年京津冀汛期典型雷暴大风过程,基于TG-TransUnet模型的雷暴大风分类预报产品和基于睿思系统多源数据融合的动力-统计协同阵风预报产品均具有参考价值。极端天气保障:2023年“23•7”京津冀暴雨期间(图2),提前3 h预报出与实况较为吻合的雨带分布、强降水落区,提前24 h预报出与实况类似的整体雨带走势,为防汛指挥提供数据支撑。重大赛事保障:杭州亚运会、哈尔滨亚冬会、建党百年、西安中国—中亚峰会、九三阅兵等国家重大活动保障期间,系统提供的降水、阵风等精细短时临近预报产品,有力支撑了重大活动的圆满成功。行业服务延伸:拓展至民航、电力领域,针对输电线路雷暴大风风险、机场低空降水等场景提供专项预报,助力降低极端天气对行业运行的影响。图2 睿思系统对京津冀2023年“23•7”特大暴雨过程1 h累计降水量(500 m分辨率)的预报性能对比(以7月31日10:00—11:00为例)
(a)观测融合分析场,(b~f)不同起报时刻和预报时效的格点降水预报场:(b)1 h预报(31日10:00起报),(c)3 h预报(31日08:00起报),(d)6 h预报(31日05:00起报),(e)12 h预报(30日23:00起报),(f)24 h预报(30日11:00起报)多模式背景场融合技术:针对系统采用单一模式作为背景场时“百米级、分钟级”预报效果提升受限等问题,研发多模式动态融合技术,并发展新型订正技术,进一步提升各类气象要素和降水的预报准确性。三维资料融合技术:围绕多源新型稠密资料高质量应用痛点,发展新的融合技术方法,提升系统的三维融合分析精度,并实现高时空分辨率0~12 h三维预报。
集合短时临近预报与AI技术:研发“百米级、分钟级”集合短时临近预报及AI后处理技术,提升小尺度极端天气可预报性;发展S/C/X波段雷达、地面、闪电和风温湿廓线等稠密资料的分钟级四维同化和融合技术,构建“百米级、分钟级”三维大气再分析数据集,为构建适用于小尺度灾害天气和低空飞行的精细AI模型提供强有力支撑。睿思系统作为“百米级、分钟级”气象预报技术的代表,正不断突破技术瓶颈,为城市安全运行和重大活动保障提供强有力的科技支撑。