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2022世界人工智能大会|高温预报误差可降低1℃ 人工智能助力更准确“看破天机”

本文转自:新民晚报

022世界人工智能大会|高温预报误差可降低1℃

图说:针对高影响灾害性天气过程,气象专家改进人工智能预报模型 采访对象供图 下同

一场突然发生在几百米范围内的冰雹天气,一个正在步步逼近的台风可能会带来的狂风暴雨……在上海,人工智能正在助力天气预报,协助专家更精准地“看破”这些以往难以捉摸的“天机”。

AI修订降低气温预报误差

这几年,上海气象部门的AI一直在不断“学习”以往积累的温压湿风等数据,并向不同分辨率的卫星、地面雷达、地面高空观测及社会性观测资料“讨教”。如今,对于高温、台风、暴雨等极端天气已经拥有了一定的实时识别和定位。上海中心气象台技术开发科科长储海说:“AI技术在海量数据处理和目标图像识别方面具有先天优势,它能‘协助’预报员修订以往只能凭经验调整的数值预报结论,让预报员更精准地识别灾害天气。”

今年夏天,上海遭遇了百年难遇的高温热浪袭击。“今天多少℃?”成为天气预报中人们最热议的内容。“自动监测提醒-实况订正、1小时分辨率降水、温度预报等多个人工智能产品,已经能精准掌握气温的上下波动。”储海说,对于气温这样相对基础的预报而言,目前上海智能预报已能将预报网格分辨率精细到1公里,并最快能实现每10分钟更新一次。“在今年的极端酷热天气中,AI针对气温预报的修订表现得尤为突出,比如,针对未来6小时左右的气温预报修订,可以将预报误差从原来的2℃降低到现在的1℃。”

据了解,在AI助力下,上海已经基本建立了0-10天2.5公里的分辨率智能网格预报业务,逐步形成了由实时观测资料分析、短临智能外推预报、短期数值预报智能订正和中期多方法集合预报所支撑的0-10天无缝隙精细化分析预报产品“一张网”。

三维外推算法“捕捉”冰雹

每到夏季,强降水、台风、冰雹都是申城最常见的灾害性天气。强对流天气的预报,通常都就有雷达回报的推算。传统的雷达回波推算只能提供未来一小时的预判,但是2017年以来,AI加入了上海气象部门的“预报团队”,计算机模型对长时记忆有了更大容量,能使雷达回波推算时长延长至2小时,让预报员在暴雨等强对流天气面前更加胸有成竹。“学习了双偏振多普勒雷达观测所刻画的强对流天气历史演变特征后,AI不仅可以给出降雨强度,还能快速、准确地‘画’出降雨集中区域。”储海说。

022世界人工智能大会|高温预报误差可降低1℃

图说:2021年7月27日8时到28日8时台风“烟花”带来的降水预报和实测比对(a为观测,b为数值预报,c为人工智能预报)

但是,冰雹、龙卷风这样超小尺度的天气,对人工智能也是难点。“通常,冰雹、龙卷风会突然出现在1公里以内的区域,甚至在过去,这样的天气往往是‘凑巧’被人工观测发现才会被记录下来。它们的相关气象资料很少,可供机器学习的数据更少。受限于这样的学习,人工智能对它的精准掌握就有了很大的局限性。”但是,储海说,人类仍在尝试“敦促”着人工智能“加强学习”,给出更精准的灾害天气预报。今年针对高影响灾害性天气过程,上海气象部门又改进了人工智能预报模型,比如,基于星型网络结构对短时雷达深度学习外推算法进行改进,并基于三维雷达资料进行外推预测。“针对冰雹这样的天气,人工智能分析预测出来的三维立体的雷达回波,能更有效地帮助预报员判断未来灾害性天气的落区。”

智能写稿详细“通报”天气

“气象快讯(制作时间2022年9月2日21:29) 台风实况:2022年第11号台风‘轩岚诺’(强台风),9月2日21时位于北纬22.3度、东经124.7度,中心气压为955百帕,距离上海市约1045公里。降雨实况:2022年9月2日20:00-21:00,全市降雨量均在10毫米以下,其中金山区枫泾镇1.5毫米为最大,1小时雨量最大出现在浦东新区唐镇2毫米(9月2日19时05分-9月2日20时05分)。”这样一篇涉及到灾情、预报、灾害预警的最新台风气象快讯实际上正是出自上海气象部门决策气象服务写稿人工智能之“手”。储海介绍说,去年起,上海引入了决策气象服务写稿“AI”系统,如今AI每天都对天气的风云变化,尤其是灾情、天气预报、气象灾害预警等信息做出详细“通报”,能更快速地为决策部门提供“精细”服务。

人工智能又能做预报,又能写快讯,未来它是否会取代预报员?储海认为,两者并非是竞争关系,而是合作关系。“针对温压湿风这样基础的天气预报,人工智能能够将预报的时效和区域更精细化、精准化,而预报员丰富的经验能够帮助它不断完善。这几年,上海气象部门就在气象研究人员‘帮助’下变得更聪明了,专家的经验引入到计算模型中,把原本模型的600多个参数简化至37个,大大降低了计算成本。”

储海说,近年来,全球气候变化已给敲响了警钟,致命热浪、干旱、洪水和台风等各种极端天气正变得越来越普遍,人类需要人工智能来更精准地预测极端天气。“未来,随着技术的不断完善,常规定量化的天气预报或许会让AI挑大梁,让预报员腾出更多精力去研究和预报暴雨、极端高温等高影响的灾害性天气。”

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