日照虹霓似,天清风雨闻。掌握实况天气信息是气象部门开展精准预报和精细服务的重要基础。
多年来,国家气象信息中心(以下简称“信息中心”)持续挖掘海量观测数据的应用价值,通过科技创新,将传统数理分析与人工智能分析方法充分结合,统筹各类常规地面站、雷达和卫星观测资料核心处理技术,研发形成高精度高质量的大气、陆地、海洋等多圈层气象数据产品体系,初步构建与真实大气准实时同步的数字大气模型。其中,研发的从公里级到百米级的“全球—区域—局部”一体化融合分析实况产品,更是实现了从无到有、从有到精的突破,为智能网格预报提供了高时效、高质量、高精度、高价值的“好用数据”。
从无到有,全球产品支撑全球业务数据自主替代。自2018年起,信息中心集中关键力量研发高质量的时空、要素多维实况分析产品,两年后,实况业务迅速发展,“全球—区域—局部”一体化的实况业务系统建成,并研发出三维大气、陆面、海洋、降水等4类42个产品,最高分辨率可达10公里/小时,其中,全球10公里分辨率的大气和表面实况分析产品,包含204个关键要素,产品质量总体与国际同类产品相当,时效明显优于国外产品,并在国省两级实现业务应用。
从有到快,区域10分钟产品为防灾减灾提供充分保障。时效是实况的生命,攻关团队不断从细处着手,向实处发力,研发中国区域三维大气、陆面、海洋、降水、三维云、天气现象等6类127个实况分析产品,最高分辨率达1公里/10分钟,同时新增极大风、积雪深度、雾和霾及沙尘等灾害性实况产品,大幅提升对复杂地形、极值、冬季降水的刻画能力,在全国天气会商降水实况回顾、天气过程复盘、流域面雨量监测等场景中应用广泛。2023年,受台风“杜苏芮”影响,京津冀地区遭受强降水、山洪和泥石流等自然灾害,创新团队利用实况分析产品插值生成的降水估测数据,确保了京津冀地区气象台站数据的连续性,为防汛调度提供了支撑。
从快到精,局地百米级产品为经济社会高质量发展保驾护航。深耕服务精细,面向不同应用场景,团队加强对局地百米融合分析、降尺度、机器学习等关键技术的研究,实现风云四号 A星等高时空分辨率数据在局地百米分辨率产品中的应用,研制局地陆面、降水、云等3类28个实况分析产品,同样实现了加密观测等高时空分辨率数据在局地百米分辨率产品中的应用,产品时效最快可达逐5分钟滚动更新,充分支持北京冬奥会、杭州亚运会、成都大运会等重大赛事活动顺利举行。此外,攻关团队持续强化预报支撑应用,加强国省协同攻关,将气象核心业务自主支撑率提高到85.7%,确保了气象业务科研源头数据安全、自主可控。
作为支撑气象事业发展的“四大支柱”之一,人工智能和大数据这对“黄金组合”关系密切。立足智能化发展,攻关团队基于四维集合变分混合同化技术,融合中国和全球常规及卫星资料,不断提升产品质量,拓展要素,延长序列。如今,“全球—区域—局地”实况分析产品共197种,研制45年长度全球10公里/小时大气再分析产品(CMA-RA V1.5)、14年长度中国1公里/小时大气实况分析产品等AI大模型基准数据集,支撑人工智能预报大模型研发。研制强降水、雷暴、冰雹等5种强对流天气 AI应用训练基础数据集(23万个例)以及短时强降水、雷暴大风 AI应用训练专项数据集(157万个样本),支撑强对流灾害天气预报 AI专业模型构建,持续助力人工智能气象应用。