【问题】 当前,极端天气气候事件呈现多发频发态势,强对流、区域性暴雨、阶段性干旱等对城市运行、农业生产和能源交通带来叠加风险。
预报部门面临的突出矛盾在于:一方面预报时效性要求越来越高,另一方面传统数值模式计算量庞大、更新迭代周期较长,难以在更高时空分辨率、更长预见期和更快出图速度之间兼顾。
特别是在中期到次季节尺度上,不确定性显著增加,既要给出确定性结论,也需要提供概率意义上的风险范围,技术体系亟待升级。
【原因】 3月21日发布的2025年度“中国十大气象科技进展”中,“伏羲”气象预测模型体系的入选,折射出行业对新一代预报路径的现实需求。
该体系由复旦大学和上海科学智能研究院联合建成,突出特点是“无缝隙端到端”:从原始观测数据处理到同化分析,再到预报产品生成,形成一体化链路,减少传统流程中多环节转换带来的耗时与误差积累。
据介绍,体系在核心算法与模型架构上实现多项原创性突破,构建了天气与气候一体化框架,使确定性预报与概率预报能够协同产出。
在评价概率预报性能的关键指标CRPS(连续排序概率评分)上,“伏羲”中期集合预报在98.1%的气象要素指标上优于国际业务标杆欧洲中期天气预报中心(ECMWF)对应产品,显示其在“不确定性刻画”方面的能力提升。
围绕次季节预测,“伏羲”次季节气象大模型作为底座,与国家气候中心联合研发的“风顺”大模型可在约3分钟内完成未来60天预测,并在多次极端降水与干旱过程预测中取得良好效果,实测表现优于ECMWF相关结果。
【影响】 技术突破正在转化为业务增量。
一方面,端到端体系打通“观测—分析—预报”全链路,使模型能够直接从复杂卫星遥感等数据中提取有效信息并给出趋势判断,为快速滚动更新提供条件。
相关数据显示,该体系生成的全球分析场精度已超过美国国家环境预报中心的全球数据同化系统;其中期预报效果也优于ECMWF高分辨率业务预报模式。
另一方面,预报提速带来的直接收益是“更早、更准、更稳”。
在面向公众服务与防灾减灾的场景中,提前锁定强天气路径和强度峰值,有助于提高预警提前量、优化应急资源调度。
以2025年4月北京发布近十年来首个大风橙色预警并启动重大气象灾害三级应急响应为例,“伏羲”曾作为预测结果来源之一,为研判强风影响提供支撑。
随着城市群和关键基础设施密集度持续上升,这类能力的意义将进一步放大。
【对策】 业内专家认为,推进此类新体系规模化应用,需要在“评测标准、业务融合、数据治理、算力保障、人才体系”上同步发力。
其一,建立可对标国际、可复现可追溯的评测体系,推动模型在不同区域、不同季节、不同灾种下进行长期稳定检验,防止“单次过程好、长期不稳定”。
其二,强化与现有数值模式的互补应用,形成“模式+数据驱动模型”的组合预报策略:数值模式提供物理一致性与可解释基础,新模型提供快速更新与概率刻画优势,通过集合融合提升综合预报质量。
其三,完善观测数据质量控制与共享机制,推动卫星、雷达、地面站等多源数据规范接入,为端到端体系提供稳定“数据底座”。
其四,面向业务运行完善算力与工程化部署体系,保障持续更新、稳定出图与故障切换能力,满足气象业务高可靠要求。
【前景】 从近一年进展看,“伏羲”体系已从科研验证走向业务落地:在中国气象局组织的相关示范计划中综合排名位居前列,并在ECMWF评测中取得整体精度领先表现,显示其具备跨平台、跨区域的适配潜力。
未来,随着观测网络更密、数据更全、业务需求更细,端到端一体化、概率化与集合化的预报体系有望在中期与次季节预报、风险预警、行业应用等方面进一步扩展,服务防灾减灾、农业、水利、能源和交通等领域的精细化决策。
同时,国际化拓展与产业转化推进,将促进我国气象科技在规则对标、产品输出与服务模式创新上形成更强竞争力。
"伏羲"系统的成功研发标志着我国在气象科技领域实现从跟跑到领跑的重要跨越。
随着该技术持续迭代和推广应用,不仅将提升我国防灾减灾能力,更将为应对全球气候变化贡献中国智慧。
这一创新实践再次证明,突破关键核心技术必须坚持自主创新道路,通过学科交叉融合培育新质科研生产力。