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雷暴大风预报迎来AI革命:TG-Net模型实现精准预警

发布时间:2026-03-03 打印

  
  面对雷暴大风这一破坏性强、尺度小、突发性高的致命气象灾害,传统预报方法在精度和时效上长期面临严峻挑战。如何融合多源异构数据、捕捉瞬变特征并破解深度学习“黑箱”难题,成为提升预警能力的关键瓶颈。本研究创新性提出多尺度特征融合模块TG-Block与深度学习模型TG-Net,整合雷达回波、数值预报、闪电定位等多源数据,结合CNN与Transformer架构优势,并引入Integrated Gradient、DeepLIFT、SHAP等可解释性方法,首次实现雷暴大风预报中关键气象因子贡献的量化解析。模型通过动态损失函数平衡正负样本,在北京城市气象研究所投入实时业务运行。 
  在京津冀地区1-3小时预报检验中,TG-Net的CSI评分达0.366(1小时)、0.272(3小时),较传统RISEgust方法提升超180%,显著优于U-Net等主流模型。可解释性分析揭示雷达复合反射率因子、实时风场分析及气压差为核心预测因子,温度差分、冷池演变特征对中长期预报至关重要,为灾害机制认知提供科学依据。
  该成果标志着强对流天气预报从经验驱动向数据驱动、物理可解释AI的范式转变,为突发灾害防控提供关键技术支撑。未来需扩大样本量覆盖更多天气类型,优化跨区域泛化能力,并探索模型在龙卷风、冰雹等灾害中的扩展应用,最终构建全域智能预警体系。相关研究成果以TG-Net: A Physically Interpretable Deep Learning Forecasting Model for Thunderstorm Gusts为题发表在Journal of Meteorological Research上。

TG-Block的流程图

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