圖說：針對高影響災害性天氣過程，氣象專家改進人工智能預報模型 采訪對象供圖 下同

一場突然發(fā)生在幾百米范圍內(nèi)的冰雹天氣，一個正在步步逼近的臺風可能會帶來的狂風暴雨……在上海，人工智能正在助力天氣預報，協(xié)助專家更精準地“看破”這些以往難以捉摸的“天機”。

AI修訂降低氣溫預報誤差

這幾年，上海氣象部門的AI一直在不斷“學習”以往積累的海量氣象數(shù)據(jù)，并向不同分辨率的衛(wèi)星、地面雷達、地面高空觀測及社會性觀測資料“討教”。如今，對于高溫、冰雹、暴雨等極端天氣已經(jīng)擁有了一定的特征識別和預測能力。上海中心氣象臺技術(shù)開發(fā)科科長儲海說：“AI技術(shù)在海量數(shù)據(jù)處理和目標圖像識別方面具有先天優(yōu)勢，它能‘協(xié)助’預報員修訂以往只能憑經(jīng)驗調(diào)整的數(shù)值預報結(jié)論，讓預報員更精準地識別災害天氣。”

今年夏天，上海遭遇了百年難遇的高溫熱浪襲擊。“今天多少℃？”成為天氣預報中人們最熱議的內(nèi)容。“自動監(jiān)測提醒-實況訂正、1小時分辨率降水、溫度預報等多個人工智能產(chǎn)品，已經(jīng)能精準識別氣溫的快速變化。”儲海說，對于氣溫這樣相對基礎的預報而言，目前上海智能預報客觀產(chǎn)品已能將預報網(wǎng)格分辨率精細到1公里，并最快能實現(xiàn)每10分鐘更新一次。“在今年的極端酷熱天氣中，AI針對氣溫預報的表現(xiàn)得尤為突出，比如，針對未來24小時的最高氣溫預報月平均誤差從原來的2℃降低到現(xiàn)在的1℃以內(nèi)。”

據(jù)了解，在AI助力下，上海已經(jīng)建立了0-10天2.5公里分辨率的智能網(wǎng)格預報業(yè)務，逐步形成了由實時觀測資料分析、短臨智能外推預報、短期數(shù)值預報智能訂正和中期多方法智能集成技術(shù)所支撐的0-10天無縫隙精細化分析預報產(chǎn)品“一張網(wǎng)”。

三維外推算法“捕捉”冰雹

每到夏季，強降水、臺風、冰雹都是申城最常見的災害性天氣。強對流天氣的預報，通常都就有雷達回報的推算。傳統(tǒng)的雷達回波推算只能提供未來一小時的預判，但是2017年以來，AI加入了上海氣象部門的“預報系統(tǒng)”，智能模型對長時記憶有了更大容量，能使雷達回波推算時長延長至2小時，讓預報員在暴雨等強對流天氣面前更加胸有成竹。“學習了雙偏振多普勒雷達觀測所刻畫的強對流天氣歷史演變特征后，AI不僅可以給出降雨強度，還能快速、準確地‘畫’出降雨集中區(qū)域。”儲海說。

圖說：2021年7月27日8時到28日8時臺風“煙花”帶來的降水預報和實測比對（a為觀測，b為數(shù)值預報，c為人工智能預報）

但是，冰雹、龍卷風這樣超小尺度的天氣，對人工智能也是難點。“通常，冰雹、龍卷風會突然出現(xiàn)在幾公里以內(nèi)的區(qū)域，這樣的天氣往往是被人工觀測發(fā)現(xiàn)才會被記錄下來，可供機器學習的數(shù)據(jù)更少。受限于這樣的學習，人工智能對它的精準掌握就有了很大的局限性。”但是，儲海說，我們?nèi)栽趪L試“敦促”著人工智能“加強學習”，給出更精準的災害天氣預報。今年針對高影響災害性天氣過程，上海氣象部門又改進了人工智能預報模型，比如，基于星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)對短時雷達深度學習外推算法進行改進，并基于三維雷達資料進行外推預測。“針對冰雹這樣的天氣，人工智能分析預測出來的三維立體的雷達回波，能更有效地幫助預報員判斷未來災害性天氣的落區(qū)。”

智能寫稿詳細“通報”天氣

“氣象快訊（制作時間2022年9月3日09:18 臺風實況：2022 年第11 號臺風“軒嵐諾”（強臺風），9 月3日8 時位于北緯22.8 度、東經(jīng)124.7 度，中心氣壓為955 百帕，距離上海市約992 公里。風力實況：2022 年9 月3 日02:00-08:00 陸地區(qū)域中風速均在13.9米/秒（7 級風）以下，其中浦東新區(qū)書院鎮(zhèn)11.9 米/秒為最大；江河湖面區(qū)域風速均在13.9 米/秒（7 級風）以下，其中浦東新區(qū)高橋鎮(zhèn)10.5 米/秒為最大；沿江沿海區(qū)域，2 個站點超過13.9米/秒（7 級風），其中崇明區(qū)東灘14 米/秒為最大。”這樣一篇涉及到災情、預報、災害預警的最新臺風氣象快訊實際上正是出自上海氣象部門決策氣象服務寫稿人工智能之“手”。儲海介紹說，去年起，上海引入了決策氣象服務寫稿“AI”系統(tǒng)，如今AI每天都對天氣的風云變化，尤其是災情、天氣預報、氣象災害預警等信息做出詳細“通報”，能更快速地為決策部門提供“精細”服務。

人工智能既能做預報，又能寫快訊，未來它是否會取代預報員？儲海認為，兩者并非是競爭關(guān)系，而是合作關(guān)系。“針對溫壓濕風這種基礎的天氣預報，人工智能將預報的時效和區(qū)域更精細化，而預報員豐富的經(jīng)驗能夠幫助它不斷提升對大數(shù)據(jù)特征分析的效率。這幾年，上海氣象智能預報算法在氣象研究人員‘幫助’下變得更聰明了，專家的經(jīng)驗不斷引入到計算模型中，把原有模型的600多個參數(shù)簡化至37個，大大降低了計算成本。”

儲海說，近年來，全球氣候變化已敲響了警鐘，致命熱浪、干旱、洪水和臺風等各種極端天氣正變得越來越普遍，人類需要人工智能在其預報中發(fā)揮更大的作用。“未來，隨著技術(shù)的不斷完善，常規(guī)定量化的天氣預報或許會讓AI挑大梁，讓預報員投入更多精力去研究和預報暴雨、極端高溫等高影響、預報難度大的災害性天氣。”

---轉(zhuǎn)載于新民晚報。