科技周刊｜国家超算广州中心：给天气预报装上“最强大脑”

时间: 2025-06-21 16:03:40 |   作者: 天博官方app首页入口

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  一入汛期，天气变化就成了广州市民十分关心的话题。我们每天关注的天气预报究竟是如何算出来的？它的精度又是怎么样提高的？天气预报的背后有哪些硬科技支撑？本期《科技周刊》，我们来到位于增城区气象局的广州市唯一一座国家基准气候站，看看广州气象预报领域的硬科技。

  在增江沿岸一处远离城市喧嚣的山坡地上，坐落着广州市内唯一一座国家基准气候站，这座气候站位于增城区气象局内，于1958年12月1日成立，至今已有67年历史。

  广州市增城区气象局观测预报科负责人魏亮和记者说，在广东，国家基准气候站只有6座，其属于国家气候站网的骨干和标准站，可为研究我国长期气候演变规律、评价自然因素和人类活动对气候的影响提供较为可靠的依据。同时，国家基准气候站的气象数据还参与国际气象数据的交换。

  因此，作为国家气候基准站，其气象监测设备级别很高，测量的各项数据也非常完备，这是普通气象站点所不具备的。“现在，增城国家气候基准站5条气象垂直廓线的监测设备都齐备，气象科学仪器越先进，我们监测的气象要素也就越多，也为天气预报提供了更准确的数据支持。”

  5条气象廓线是指水凝物（云和降水）、气溶胶、风、温度、湿度等大气参数的垂直分布信息。这些廓线数据对气象研究和天气预报具备极其重大意义。增城国家基准气候站有近30种先进仪器，每天给云层“做CT”，用AI算风暴，全天候为数据采集和分析提供支撑。

  以往人工只能预报1日天气 超算可精确到未来3小时、6小时、12小时、24小时、48小时等 各地气象局正研究融入DeepSeek等AI工具 总结过去几十年的资料 解决更多预报难点

  大数据、算力、算法是人工智能的三大基础要素，这在天气预报中表现得非常明显。

  魏亮介绍，如今，天气预报就是在超级计算机的算力支持下，依托相应的数值模型（算法），加入多个气象站点、气象卫星采集的监测数据，从而预估未来的天气状况。

  国家超算广州中心相关负责的人介绍，近年来，中心一直为广州市的天气预报提供算力支持，此前，中心的“天河二号”超级计算机支持广州市气象业务，可实现超高分辨率区域数值天气预报模式，曾支撑“山竹”“天鸽”等超强台风的预警预报，提升城市防灾减灾能力。如今，随着新一代超级计算机“天河星逸”的上线，超算中心的天气预报能力更上一层楼，从降水到空气质量预报，再到地面上河流的风暴潮预警、海洋风浪预报，全部都在超算平台上展开运行，实现高精度的预报。

  目前，全球比较通用的天气预报数值模型有由美国国家气象局开发的全球预报系统（GFS）、欧洲中期天气预报中心模型（ECMWF）等。去年，中国气象局发布了新一代大气数值模式。该模式采用完全自主的动力框架算法——多矩约束有限体积方法（MCV）为基础算法，逐步提升全球公里级和区域百米级尺度数值预报的精度。

  魏亮透露，相比以往人工计算的天气预报，使用超级计算机的天气预报，准确度和效率都有了很大的提升，“超算的天气预报会报得更细。以往的人工天气预报，往往只能报明天1天的天气是如何，但现在，我们大家可以精确到未来3小时、6小时、12小时、24小时、48小时等不同时间段。使用超算后，我们大家可以用多个气象数值模型进行计算和人工订正，准确率也会大幅度的提升。”

  “像去年广州的‘4·27’龙卷风、冰雹灾害，依托超算和数值模型，我们提前了45分钟发布冰雹预警，提前9分钟发布龙卷风警报，当时不仅在白云区出现龙卷风。增城朱村也出现了一个EF2级的小龙卷风。后来，我们实地探勘，确实发现了一个龙卷风路径。”魏亮介绍，现在各地气象局正研究把DeepSeek等AI工具融入天气预报，“DeepSeek可以总结我们过去几十年的天气资料，这也是我们人力所不能及的，相信未来能解决一些气象预报的难点。”

  “气候的整体变化趋势确实是温度慢慢的升高，这是我们统计出来的很明显特点，近10年的温度比以往的10年要更高，伴随而来的灾害性天气也在不断增多。”魏亮说。

  据世界气象组织确认，2024年是有记录以来最热的一年。多个方面数据显示，2024年，全球平均气温比工业化前中等水准高出约1.55摄氏度，是首个全球平均气温比工业化前水平高出1.5摄氏度以上的年份。

  针对气候变暖，中山大学大气科学学院教授吕建华表示，目前，全球气候越来越暖的趋势是基本确定的，但是否会加速变暖仍难以确认。“2024年，气候变暖的速度特别快，很多科学家都在研究。影响大气升温的是一系列很复杂的过程，目前我们的观测和理解还不够，很难说得特别清楚。我认为，长久来看气候变暖会变快，但短期会有起伏。”

  去年的极端天气事件非常多，吕建华认为，随着气候平均状态随时间的变化，未来天气的极端强度大概率会变强，如可能在极端湿润和极端干旱之间横跳。针对气候变暖，中国积极主动地做了很多事情，如能源转型，新能源汽车推广、设立“双碳”目标等，“我们的提前布局，不但可以积极减缓气候变暖的趋势，也为我们将来在经济上的可持续发展赢得很多机会。”

  气候变暖也在导致海平面上升。吕建华表示，这对于地处西太平洋的我国影响可能会更大。“针对气候变暖，人类所能够做的事就是减少二氧化碳排放，改用清洁能源。对于气候平均状态随时间的变化，我们要保持警觉的状态，不能按照原来的老路子靠惯性发展，而要坚持可持续发展。”

  位于广州市增城区荔城街荔景大道北999号，观测场海拔高度30.7米，气压传感器感应部分海拔高度31.5米。

  该站于1958年12月1日成立，观测场规格为25米×35米。仪器呈北高南低、东西成行的布局。

  是探测闪电发生的强度、方向、频率及其变化的仪器，可全天候记录雷电发生的时间、位置、强度等指标。

  实现日照的自动连续观测，提高日照测量精度，为天气预报、气象情报、气候分析和气象服务提供重要依据。

  是探测近地温湿度的重要设备，百叶箱内安放温度传感器和湿度传感器，传感器的中心点离地面约1.50米。

  舒适度指数由自然湿球温度、黑球温度、干球温度、风速及辐射数据综合计算得到的，更贴近人体真实感受。

  通过三台高清摄像机进行图像采集，再经由AI识别、分析计算总云量、云状、地面凝结现象、结冰、积雪等。

  一般来说，低云才会产生降水。该仪器利用激光测距原理，发射激光脉冲到大气中，可测算云底高度。

  探测高度一般在3~5km，是应用微波遥感探测原理实现自动化大气探测的先进装备。

  散射式能见度仪是测量空气能见度的重要仪器，能反映大气的浑浊程度，与气溶胶的分布有一定关联。

  发出红外光脉冲，测量经过仪器采样区降水颗粒的大小和速度，并通过适当的算法判断降水的强度。

  深层地温的观测地段，探测要素有离地面40厘米、80厘米、160厘米、320厘米深度的土壤温度。

  臭氧监测仪的原理是将大气环境中的臭氧浓度转换为电信号，采样后量化，根据特定格式编制报文并上传。

  当仪器内的翻斗承受0.1毫米降水时，翻斗就会自动翻转一次，统计时就会产生0.1毫米降水。

  风塔高约11米，上方会安装风向、风速传感器。观测的是距地面10~12米处的风向和风速。

  通过对大气微波辐射的遥感测量，它可以解析逆温层结构，评估大气稳定度，判识雾霾等级。

  是一种标准的β射线法测尘设备，可以连续实时测量空气中的更细小粉尘颗粒，主要监测大气中PM2.5与PM10的含量。