近日，城市气象科技联盟组织召开极端天气下城市防灾减灾气象科技成果发布会，发布了16项代表性成果，涵盖人工智能技术应用、雷达组网协同观测、短时强降水预报技术、交通气象保障技术等多个领域。
当前，全球气候形势变得愈加复杂，极端气候天气事件的频率和强度均有所增加，对城市经济社会发展和民生福祉造成严重威胁。党的二十届三中全会提出，“强化基层应急基础和力量，提高防灾减灾救灾能力”。如何以更高气象科技水平保障城市防灾减灾建设？从此次发布的成果中，可以找到答案。
提供科学支撑，国产人工智能预报系统助力极端强降水精准预报预警
在今年关于台风“格美”的气象预报中，灵犀极端降水大模型帮了北京市气象台首席预报员赵玮大忙。“这一模型可以较好地把握中到大雨过程，且大雨位置与实况较为吻合，能够给预报员有效提示。”赵玮说。
灵犀极端降水大模型是由北京市气象局自主研发的国产人工智能预报系统，在今年汛期正式亮相，为北京及华北地区极端强降水精准预报预警服务提供了科学支撑。
7月25日，台风“格美”先后在我国台湾和福建省莆田市一带登陆，登陆后其残余环流北上影响我国内陆地区。“是否会给北京带来极端强降雨”是当时北京市气象台分析研判的重点。“台风路径、强度的变化，哪怕只是略微调整，对北京降水的影响都是非常大的。”赵玮说。
灵犀大模型的精准预测解决了这一难题。根据其预报的“7月28日8时至29日8时‘格美’转向，北京地区降水落区东移”，结合环流形势演变趋势，北京市气象台综合研判，“格美”对北京地区的影响明显减弱，为市区两级防汛部门科学合理开展防汛工作提供了参考。
灵犀极端降水大模型研发团队使用华北地区站点实况数据对预报结果进行了检验。“今年汛期，灵犀大模型在降水分布和量级预测，尤其在强降水预测方面表现优秀，平均强降水预报评分较主流大模型提升20%以上。”该研发创新团队负责人、北京城市气象研究院研究员冯琎说。
近年来，短时强降水、暴雨、冰雹等极端降水天气频发，严重威胁人民生命财产安全，为大城市气象防灾减灾带来极大挑战，特别是去年北京“23·7”极端强降水发生后，有关部门更加认识到，发挥人工智能技术在极端天气精准预报中的作用，不断提升城市防灾减灾水平成为迫切需求。
在此背景下，北京市气象局组建了人工智能气象模型研发创新团队，集中优势资源联合攻关，建设面向实际业务应用的人工智能预报体系，实现高精度预报和智能化极端天气预警。
冯琎介绍，当前，一些人工智能气象中期预报环流大模型，在高空和地面气象要素中期预报中表现较好，但在极端降水预报方面仍存在不足。为解决这一问题，团队自主研发了灵犀大模型，实现算力、算法、数据的自主可控，可结合环流场生成降水诊断和6小时累计降水预报产品。
据了解，灵犀大模型的模型架构由环流特征提取、降水诊断、升维三部分组成，通过自主研发的信息平衡方案，解决降水数据极端不平衡问题，同时挂载当前主流的全球人工智能环流场大模型生成降水预报，有效弥补了当前人工智能环流大模型在强降水预报方面的短板。
目前，团队正在推进灵犀大模型融入气象保险风险预警服务领域，为风险预警自动触发、一键式发布及更广泛的防灾减灾场景应用提供重要支撑。
打破技术瓶颈，城市内涝预警实现“大尺度、细街区、高精度”
随着城市化进程加快，城市对强降水事件的敏感性明显增强，在提升预报预警精准度的同时，提高城市排水设计及内涝预报预警能力已成为海绵城市、韧性城市建设的内在要求。
由天津市气象局研发的适应气候变化的大城市排水设计对策，以及大范围、基于物联网的高精度快速积水监测技术、内涝数值仿真模拟及预报预警技术发挥了气象科技优势，使城市排水设计更加科学合理，城市暴雨内涝预报预警及时可靠。
排掉多少水，要依据降雨情况来定。“我们基于长序列分钟级国家气象台站降水资料，从年、月、日、分钟等不同时间尺度，逐级提取典型降水信号，研发了应对气候变化和适用海绵城市设计的典型降水参数计算技术，确定区域典型降水年序列及典型暴雨过程，在此基础上，以内涝严重的街区为例，综合考虑不同积水深度下的交通损失和管网投资，确定雨水排除系统的最佳设计期，并进一步利用广义极值分布法，推算了未来50—100年可能的极端降水量。”天津市气象科学研究所所长李明财说。
在以往对大城市大尺度暴雨模拟与评估的过程中，时效性与高精度难以兼顾的技术瓶颈一直存在。“我们研发了大城市尺度10米级暴雨内涝逐时快速循环同化的数值仿真模拟技术，实现了‘大尺度、细街区、高精度’的内涝快速模拟与评估，突破了以往的技术瓶颈，构建了适用于沿海、沿江、山地、平原等多类型城市暴雨内涝仿真模拟平台。”李明财说。
据了解，通过采用“物联网+人工智能”技术，天津市气象局技术研发团队建立了基于物联网的天津城市积水监测系统，构建了基于城市公共视频监测的城市暴雨内涝积水智能识别模型，将积水识别结果与智能传感器积水数据、气象卫星、雷达数据进行融合，实现城市暴雨内涝立体智能监测和精细化秒级内涝预报预警。基于云计算技术，建立了多部门共享的“政务云+客户端”城市暴雨内涝实时决策平台，实现了内涝监测、预报预警、部门决策与应急联动等功能。
“近5年来，我们持续通过天津市政务云实时提供暴雨内涝监测预报预警产品，有效支撑政府应急指挥决策及水务部门排水调度，在强降水发生时，没有出现长时间、大范围积水险情，降低了内涝风险及损失，社会效益显著。排水设计气象参数算法还推广至北京、辽宁等8个省市的气象部门，用于排水规划设计气象服务；城市暴雨内涝仿真模拟技术及积水监测技术向北京、石家庄、福州、南京等21个城市推广应用，在城市内涝管理与应对中发挥了示范作用。”李明财说。
以三维气象数据为核心，构建特大城市立体交通全链条预报服务体系
在南京大城市数字气象孪生系统上，自动气象站、风廓线雷达、毫米波云雷达、微波辐射计、拉曼米激光雷达等18种气象观测数据尽数显现。在南京市气象局研发的数据融合和协同分析技术加持下，该数字气象孪生系统能够及时为城市公路交通的安全运行提供精准的风雨影响预报。
作为国际性综合交通枢纽城市，江苏省南京市承担着区域性航运物流中心等功能，拥有公路交通、长江航运、轨道交通、低空飞行等多种交通方式，形成全方位的立体交通网络，而大雾、结冰、暴雪、暴雨、台风等恶劣天气会降低城市交通通行能力。在南京市，每年因天气原因导致的交通阻塞占比约四成。
为了缓解恶劣天气对城市交通带来的压力，南京市气象局以三维气象数据为核心构建了特大城市立体交通全链条预报服务体系，助力综合交通管理效能显著提升。
“针对气象数据专业性强、复杂性高、融合挖掘难等痛点，我们通过搭建地—空—天大城市三维观测网络，构建无缝隙精细化的快速更新融合预报模式，创建面向五类交通场景的核心专业预报技术，针对公路、轨道、长江、低空和公众搭建五类数字化场景平台，实现从风险预警到部门处置的快速闭环，构建了特大城市立体交通全链条预报服务体系，有效提升城市交通管理水平。”南京市气象局副局长康志明说。
9月16日，今年第13号台风“贝碧嘉”在上海浦东临港新城沿海登陆，对江苏省产生较大风雨影响。此时正值中秋假期，交通运输、日常出行的需求旺盛，高影响天气的放大效应更加明显。南京大城市数字气象孪生系统和该市防汛指挥部门及时联动，借助多方数据，在灾害性天气发生时快速报警，针对不同场景提供有针对性的风雨影响预报。例如，场景式融入水上交通一体化指挥协调系统，在台风影响期间协助水上搜救中心保障了上千艘船舶在南京市安全避险，实现了南京长江水域“零死亡、零沉船、零污染”。
“基于数据同化、AI后处理等技术，在精准预报方面，可形成0—10天无缝隙，百米级、分钟级精细化，包含降水、温度、风场等全要素的融合预报模式，10分钟即可快速更新，预报分辨率由每3公里3小时提高到每500米30分钟。”康志明告诉记者。
气象预警信息不仅要及时准确，还要快速高效地转化为防灾减灾行动力。从“消息树”转变为“发令枪”，离不开多部门的联动配合。记者了解到，南京大城市数字气象孪生系统不仅包括气象数据，还汇聚了交通、水务、海事、城运中心等部门的数据，并且和该市防汛指挥部门接入，气象预警信息一旦生成，可快速直达各部门。
“接下来，在不断提升气象监测预报预警服务能力，形成陆海空天一体化、协同高效的精密气象监测系统，健全智能数字气象预报预测体系的同时，我们还要强化部门合作，进一步完善以气象预警为先导的防灾减灾联动机制，持续增强气象预警和应急响应联动实效，努力筑牢防灾减灾第一道防线。”康志明说。（本报记者 侯颗）