短时强对流天气预报一直是气象领域的世界性难题。
这类天气系统因突发性强、影响范围小、能量释放集中等特点,极易引发洪涝、泥石流、滑坡等次生灾害,严重威胁人民群众生命财产安全。
传统预报手段存在计算速度慢、参数调整困难、对局地突发天气捕捉能力不足等局限,难以满足防灾减灾的实际需求。
记者近日从贵州省相关部门获悉,经过政企产学研协同攻关,一套基于视频生成技术的短临气象预报大模型在贵州研发成功。
该模型通过学习大量历史雷达回波数据,成功掌握云层生成、移动、消散的物理规律,可提前2小时对强对流天气进行精准预测,空间分辨率达到1千米乘1千米级别,单次预报响应时间仅需3分钟,在国际权威数据集和本地数据测试中均显示出领先水平。
这项技术突破源于一次大胆的跨界创新尝试。
2024年初,国际前沿视频生成技术的出现,为项目团队带来关键启发。
气象雷达每隔6分钟扫描一次天空,记录的电磁波反射强度数据经过处理后,形成反映云层厚度和降水概率的连续图像序列,本质上构成了描述天气演变的视频数据。
技术团队敏锐地捕捉到这一特点,提出将视频生成技术迁移应用到气象预报领域的创新思路。
中国电信贵州公司与省气象局此前已在气象信息化领域建立合作基础。
2023年,贵州建成应急行业首个全国产化气象高性能算力中心并投入使用,为大模型研发提供了坚实算力保障。
在此基础上,由技术专家蒲石牵头,金斌、葛高见、周宇等骨干力量组成的联合攻关团队迅速组建,开始了自主研发之路。
研发过程中,团队面临数据质量参差不齐、样本数量有限等现实困难。
针对这些挑战,研发人员创新性地提出双重位置编码技术方案,使模型不仅能够学习普遍性气象规律,还能识别不同地理区域的气候特征。
团队通过引入多源气象数据扩充训练样本,并与省气象局合作完成原始数据的全面清洗与质量控制,确保模型对贵州山地气候特点的精准适配。
在技术架构上,该模型采用扩散变换器结构并进行创新改造,输入过去数小时的雷达回波序列数据,即可直接输出未来2小时的预测结果。
更重要的是,模型实现了国产化图形处理器适配,完成轻量级部署,单次推理仅需3分钟,完全满足每6分钟更新一次预报的业务要求,具备实时业务应用能力。
目前,该模型已在三个重要场景投入应用:接入省气象服务中心公共服务平台的雷达探测功能,为公众提供精细化天气预报服务;融入航空调度系统,为航班安全运行提供决策支持;嵌入铁路业务系统,保障列车运行安全。
相关负责人表示,提前数十分钟准确掌握强对流天气的位置和强度信息,对于航空调度、铁路运输等行业优化运行方案、提升安全保障水平具有重要意义。
从技术原理看,传统气象预报主要依靠物理数值模式和光流外推方法。
前者基于大气动力学方程组进行计算,虽然物理机制清晰,但计算耗时长、参数调整复杂;后者根据云层历史运动轨迹推测未来动态,对常规天气系统预报效果尚可,但面对突发性、局地性强对流天气时预测能力明显不足。
新研发的大模型通过深度学习海量历史气象视频数据,从数据中直接提取天气演变的内在规律,兼具物理机制理解和数据驱动优势,在预报准确性和时效性方面实现双重提升。
这一技术成果的取得,离不开政府支持、企业投入、科研机构协同的良好创新生态。
从算力基础设施建设到核心算法攻关,从数据资源整合到业务场景应用,各方发挥专业优势、形成工作合力,仅用不到两个月时间就在国际权威数据集上验证了技术路线可行性,随后快速完成本地化适配和业务部署,充分展现了新型举国体制在关键核心技术攻关中的制度优势。
把“看得见的回波”转化为“算得准的风险”，关键不只是技术突破，更是机制协同与数据底座的长期投入。
面向极端天气多发频发的新形势，推动气象能力现代化，需要以应用牵引夯实基础设施、以业务检验推动算法进化、以部门联动提升响应效率，让预警更早一刻、处置更快一步，为守护人民生命财产安全筑牢科技防线。