精确到分钟和百米的天气预报今如何？发挥冬奥会遗产最大效益

2022年北京冬奥会是一场由科技创新成果“加持”的盛会，我国气象科技首次具备了“百米级、分钟级”天气预报能力。

着眼后冬奥会时代，实现冬奥会遗产利用效益最大化，将冬奥会成果惠及更多人，造福社会，成为公众关注的焦点。两年来，气象部门如何挖掘与运用“百米级、分钟级”天气预报技术，取得了哪些新进展、新亮点、新成效？

释放纵向转型升级新动能

冬奥会70%的项目都是雪上项目，而大部分的雪上项目又在地形复杂的山区举办。如何在尺度特别小、地形特别复杂的陡峭山区实现精准预报？由北京城市气象研究院（以下简称“北京城市院”）牵头，联合其它多家单位 ，通过近4年科技攻关，研发出了“百米级、分钟级”天气预报技术体系。

如何将这项冬奥会科技成果转化为气象防灾减灾利器？北京城市院副院长陈明轩给出答案——改进升级关键技术和核心算法，将冬季复杂陡峭山区的精细化预报，转向夏季强对流天气的短临预报。

从初春到深秋，从华南到东北、西北，强对流天气在我国频繁发生，能在短时间内释放出巨大能量，摧毁树木、房屋，破坏公共交通、电力等设施，甚至造成人员伤亡。然而，强对流天气来去匆匆，其发生、发展、消亡的全过程往往就在一两个小时内，且空间尺度小、监测难度大，其精准预报是世界性难题之一。

冬奥会结束后，北京城市院短临预报研究团队瞄准强对流天气的预报挑战，研发“百米级、分钟级”雷暴大风预报技术——基于构建多时空尺度的阵风系数模型，搭建基于阵风系数模型的雷暴大风短临预报；通过改进深度学习模型，利用多源稠密观测资料以及“百米级、分钟级”数据进行输入和建模，研发雷暴大风落区的人工智能短临预报技术。通过关键参数调整和优化，研发适用于夏季强对流降水的百米级短临预报技术。与此同时，基于风云气象卫星的观测数据，通过物理模型研发临近强对流天气预警技术，可提前10分钟至40分钟预报预警未来可能在何地出现局地突发的强对流天气。

目前，“百米级、分钟级”预报技术及其定制的精细化预报服务产品在北京市气象台、首都核心区、门头沟区、海淀区等地落地应用，并成功推广至雄安新区、浙江杭州、陕西等气象部门。

然而，由于受不同天气系统影响，或处于同一天气系统不同区域的缘故，不仅同一地点、不同时间的天气有变化，而且同一时间、不同地点的天气也不同，包括优化运行环境和关键参数、接入数据都不大一样。

如何将此项技术推广落地生根？研究团队在做好预研究当地天气的同时，进行了本地化改进、调优参数，并于近期打造了基于容器方式的轻量级系统，以便实现快速部署推广应用，也极大便捷了后期运维。

“相当于发布了一个软件的镜像，把它放到了‘容器’里。”陈明轩介绍，可理解为把“百米级、分钟级”天气预报技术系统封装到容器里，再把容器嫁接到任何地方的气象部门，只进行本地化参数调整，便能迅速在当地的计算环境中实现系统的运行。安装时间由半个月提升到2天至3天，效率提高了5倍。

拓宽横向应用场景新范式

助力冬奥会，但不止步于冬奥会。在后冬奥会时代，“百米级、分钟级”天气预报技术并没有束之高阁，不仅在气象预报服务精准度提升、体育赛事服务保障等方面持续发挥效益，还在大城市安全运行、城市防洪排涝、风力发电、港口运行等更多领域大显身手，不断为经济社会发展赋能。

2023年12月18日8时，北京市门头沟区气象局按时向全区各单位发布24小时精细化低温预报，并提示“清水镇、斋堂地区最低温度在零下18℃，下午风大，体感温度最低达零下26℃，请做好防范”。这便是以“百米级、分钟级”天气预报技术产品、无缝隙智能网格分析预报系统为基础，叠加北京体感温度预报技术，结合门头沟区村域位置，研发的“23·7”极端强降水受灾较重地区、重点区域和人口密集区域的24小时精细化低温预报。

门头沟区气象局在调研时发现，深山区、浅山区和城区存在10℃以上的气温差异，气温不同，供热需求也不同，但此前的预报尚未满足精细化供暖需求。

“有了这种分区域的精细化预报，我们可以有针对性地调配供气量，保证室内温度不减。”门头沟区城市管理委员会副主任曹子立说。

彼时，在京津冀的海上门户天津港，集卡货车按照规定路线有条不紊地行驶，轨道装卸桥平稳有序地装卸货物……这份从容有序得益于2023年12月12日“百米级、分钟级”天气预报技术产品在滨海新区气象局的落地。大沽口、高沙岭等新增设21个精细化预报点位，预报频次从逐日两次提升到10分钟滚动更新。

仅过了一天，天津港陆续出现降雪、大风、降温等恶劣天气，这无疑是对该产品适用性的一次检验。10分钟滚动更新的预报服务，满足了南疆港区新增设的LNG码头点位船只进出港、货物装卸等作业的精细化需求，港口作业人员可根据预报为船只提供到港时间和合理的航行规划，既提高了港口运作效率，又能避免不必要的损失，为生产决策和能源保供提供参考依据。

“智能码头作业对风非常敏感，针对此次寒潮大风过程，我们根据精细预报及时将岸桥锚固，防止意外发生。另外，有效利用了滚动更新的风力预报结论，抓住有利时机开展作业。”天津港第二集装箱码头有限公司操作部副经理李秋说。

像这样的应用场景还在不断涌现。在雄安新区，气象部门基于百米级网格实况和1公里分辨率智能网格预报数据，开发高温中暑、工地施工等气象风险和生活气象指数以及实况落区分析算法，并部署于“天擎”大数据平台；融合风电场风机轮毂高度的测风数据，研发超短期0至4小时的预报产品，支撑风力发电气象服务，目前正在山西等地的风电场测试运行；国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心引进“百米级、分钟级”天气预报技术产品，用于保障电网基础设施安全和电力调度有序进行……曾经的“难以预测”正变得“日益精准”。

着眼未来，续写冬奥会荣光。气象部门将做好“百米级、分钟级”天气预报技术可持续发展的大文章，将冬奥会遗产的高价值不断延续下去。

（作者：刘倩 叶芳璐 李栋 责任编辑：张林）