人工智能天气模型的定点自动天气预报
人工智能天气模型的定点自动天气预报
周弘
2025年12月
透过「香港及珠江三角洲区域自动分区天气预报」网站或「我的天文台」应用程式,市民可随时随地获取未来一小时至九天的精细化定点自动天气预报,轻松掌握天气情况变化,方便规划活动行程。这套预报系统综合了多个全球数值天气模式(下称NWP模式)的预测。NWP模式会根据气象观测数据分析大气现时的状态,然后利用大气物理方程计算天气预报。然而,NWP模式直接输出的预报仍受很多因素限制[1],与实况观测值之间仍存在一定偏差。为提升预报的准确度并实现精细化定点预测,我们运用「模式后处理」方法,利用香港及珠江三角洲区域收集的实况观测数据,对NWP模式的直接输出进行修正,并依据各模式的过去表现设定权重,从而集合成自动分区天气预报产品。这套「客观集成预报」(Objective Consensus Forecast,简称OCF)能有效降低NWP模式的直接输出误差[2]。
近年,人工智能天气模型(下称AI 模式)在气象预测领域 [3,4]表现亮眼,不仅在预报热带气旋路径方面表现出色,更能有效捕捉较大尺度环流系统所带来的天气变化,其表现较 NWP模式更具优势。目前,AI模式的空间分辨率普遍低于 NWP模式,将AI模式应用在本地化的定点天气预报又能否展现其优势呢?
为探讨这个问题,我们近期对AI模式,包括「欧洲中心人工智能电脑模式」(AIFS),以及「风乌」、「伏羲」和「盘古」等应用了上述模式后处理方法进行预报修正。综合以上四个模式的后处理预报表现,初步结果显示AI模式对未来九天香港天文台的每日最低气温预报的误差,较现行OCF降低了约百分之三至十六(图一);而在每日最高气温预报方面,AI模式于未来第二至五天的预测误差平均减少约百分之十(图二),但之后AI模式的预测误差在比现行OCF稍为逊色,在第八和第九天的预测误差增加百分之十左右。
基于这些发现,我们将上述AI模式的后处理预报融合至现有的OCF系统中。如图一和图二所示,这套 「加强版OCF」 成功综合了NWP和AI模式预报的优势,提供更准确的每日最高及最低气温预测参考依据。在集合NWP和AI多个模式预报的过程中,模式后处理会通过按照各个NWP和AI模型预测的误差,从新调整各个模式预报在计算「加强版OCF」结果的比重,令到「加强版OCF」有效地将表现较好的NWP或 AI 模式在集合过程中突出其贡献。从图一和图二可见,「加强版OCF」对未来九天的每日最低气温预报误差平均减少约百分之十,同时每日最高气温的预报准确度也较现行OCF有所提升。

图一 2025年4-7月每日最低气温预测与现行OCF预报误差的改进百分率(即按照平均绝对误差下降的百分率)。

图二 2025年4-7月每日最高气温预测与现行OCF预报误差的改进百分率。
以2025年5月17日的预报为例,尽管春夏转换期间的气温颇受云量、降雨、风向风力等变化所影响,加强版OCF对香港天文台气温预测仍较现行OCF更接近实况观测(图三)。

图三 香港天文台逐小时气温预测与实况观测。
需特别强调的是,无论是传统NWP或AI模式的直接预测甚至后处理产品,均无法完全取代预报员对各项天气要素的专业判断。主要原因如下:
- 复杂天气系统的实战经验:预报员凭藉对实况的掌握及过去案例知识的累积,可对热带气旋、强对流天气、地形效应等复杂天气进行有效的预报修正;
- 不确定性管理:AI 模式虽能处理大量数据,但对预报误差来源的解释能力仍相当有限;
- 即时决策调整:面对突发天气变化(如雷暴快速发展),预报员可结合最新观测数据,即时更新天气预测。
- 复杂天气系统的实战经验:预报员凭藉对实况的掌握及过去案例知识的累积,可对热带气旋、强对流天气、地形效应等复杂天气进行有效的预报修正;
- 不确定性管理:AI 模式虽能处理大量数据,但对预报误差来源的解释能力仍相当有限;
- 即时决策调整:面对突发天气变化(如雷暴快速发展),预报员可结合最新观测数据,即时更新天气预测。
尽管如此,上述「加强版OCF」的初步研究成果将对开发新一代「香港及珠江三角洲区域自动分区天气预报」服务带来重要的参考价值,也为未来利用AI模式提供更准确的定点自动天气预报提供技术基础。