上过高考卷的天气预报技术！这家国家级气象科研院所藏不住了

摘要：国家级气象科研院所是气象国家战略科技力量的重要组成部分，是气象科技创新的主力军。“十四五”期间，国家级气象科研院所认真贯彻落实中央关于科技体制改革的部署和要求，锐意进取、奋发有为，在加快高水平气象科技自立自强、推进气象科技能力现代化和社会服务现代化、支撑气象高

国家级气象科研院所是气象国家战略科技力量的重要组成部分，是气象科技创新的主力军。“十四五”期间，国家级气象科研院所认真贯彻落实中央关于科技体制改革的部署和要求，锐意进取、奋发有为，在加快高水平气象科技自立自强、推进气象科技能力现代化和社会服务现代化、支撑气象高质量发展等方面取得积极进展。中国气象报开设《非凡“十四五”国家级气象科研院所答卷》专栏，集中展现国家级气象科研院所改革发展成效。

北京冬奥会、杭州亚运会、成都大运会、西安中国-中亚峰会、哈尔滨亚冬会……

众多重大活动气象服务保障期间，都有这么一项气象科技成果发挥着关键作用—— 由北京城市气象研究院（以下简称“城市院”）研发的“百米级、分钟级”天气预报技术成果。

城市院以北京冬奥气象保障为契机，突破传统天气预报技术路线，创新发展多源数据快速融合预报、实时大涡数值预报、建筑物可分辨尺度数值模拟、人工智能释用预报等关键技术成果，解决了客观天气预报从“千米级、小时级”向“百米级、分钟级”过渡的技术难题，在国际上首次构建“百米级、分钟级”天气预报技术体系，为冬奥等历次国家重大活动保障提供了核心科技支撑，天气预报精细到“赛道”级别，时空精细度达冬奥历史最高水平。

“百米级、分钟级”高精度“睿思”系统在冬奥气象服务中的应用

北京冬奥会期间，国际奥委会执行主任克里斯托夫·杜比总结说：“我认为，北京冬奥组委拥有国际上最先进的天气预报系统”。该技术还入选世界气象组织高影响天气预报示范计划，奠定我国在城市气象预报领域的国际领先地位，甚至成为2022年全国高考(乙卷)作文题材料。

而对于城市院而言，科技成果还有很多很多——

深入研究边界层—残留层—对流层气象化学过程及区域输送和耦合作用。基于中国尊平台和地基遥感探测，发展了基于气溶胶激光雷达、微波辐射计和测风激光雷达的大气边界层集成观测技术，改进了边界层高度判定算法，解决了夜间边界层高度判定以及残留层识别的学科难题。同时结合数值模式，对残留层大气物理化学过程及其影响进行定量评估，研究成果在美国气象学会旗舰期刊《美国气象学会会刊》（BAMS）发表，并被选为亮点论文。此外，针对地面与残留层内反应性气体（O3、H2O2等）对比分析揭示了残留层大气氧化能力高于近地层，导致残留层内气溶胶生成能力高于近地层。以上研究成果提升了对于残留层内化学过程的科学认知，也为城市气象研究提供科学支撑。

MR-IP方法定义的大气层高度（黑色实线）与加密探空获得的大气边界层高度（红色五星），以及残留层（蓝色实线）和传输气溶胶层（紫色实线）高度

构建对流尺度区域数值预报与集合预报系统。可直接解析、模拟对流的发生发展过程，显著提升对强降水落区、强度及极端风场的预报精度，完成全国对流可分辨（3千米）的逐小时快速更新循环系统构建与多技术集成，为多种类服务提供高质量支撑产品，不断推动对流可分辨尺度区域数值预报能力提升。同时研发华北区域对流尺度集合预报技术，建立业务预报系统。

自主发展“灵犀”短期降水预报模型。保障算力供给，实现模型算法与数据的独立自主可控；研发信息平衡方案以提升强降水预报准确性，并结合中国地区天气气候特征开展针对性微调优化。2024年7月至8月汛期天气过程的检验结果表明，“灵犀”短期降水预报模型在强降水预报（6小时累计降水量≥25毫米）方面的评分较其他人工智能大模型平均提升20%以上。

2024年7月30日00时至31日02时京津冀及周边地区累积降水观测及灵犀预报、和基线 AI 模型的预报结果

建立全国3千米分辨率风能太阳能数值预报系统。研发了我国首个通过中国气象局业务准入的高分辨率专业风能太阳能数值预报系统（即CMA- WSP），有效支撑全国31个省的风能太阳能及电力气象服务。在此基础上发展的睿图—风光（RMAPS—WINDv3.0）是全国3千米分辨率、逐15分钟输出、覆盖0—348小时预报时效的风能太阳能预报系统，同步构建支撑电力气象行业应用的新一代核心预测技术体系。

睿图-风光的太阳辐射预报产品

首创龙卷风可分辨短临集合数值预报技术，实现了中国中东部（包括东北地区）龙卷风生消演变和重要特征的数值预报。相比雷达预警，可提供更长时效(12小时以上)的定时、定点、定量龙卷风预报信息。相比潜势预报，可提供近风暴环境小尺度变化信息。相比区域模式，可提供龙卷风可分辨结构演变信息。

龙卷可分辨尺度短临集合数值预报产品实时显示实例——2024年7月4日20时预报、7月5日山东菏泽东明EF3强级龙卷涡旋概率图（左：城市院睿图网站；右：中央台SWAN3.0平台）

构建中国城市对流尺度区域气候模拟系统。基于耦合城市冠层的区域气候模式，更新高分辨率城市土地利用分类数据，优化公里尺度动力降尺度方案，成功构建中国城市对流尺度区域气候系统。通过与中国东部高密度气象站点对比，该系统能够显著提升城市地区的局地气候变化模拟能力，模拟增量主要包括，逐日/逐时降水率、降水日变化和城市热岛强度，相较于ERA5分析数据，可减少50%左右模拟偏差。利用CMA-CPSV3作为驱动场，构建实时运行的中国城市次季节公里尺度预测系统，优于全球模式粗分辨率产品，实现产品业务化，服务于风光预测等领域。