南方地区连日降雨，AI技术如何为气象预测保驾护航？
近期以来，南方地区连续的强降雨不断，多地出现入汛以来最强的降雨过程，气象灾害与地质灾害预警不断。连续强降雨引发的洪涝灾害、山体滑坡、泥石流等灾害已造成南方地区数百万人受灾，经济损失高达数十亿元。据中央气象台预测，未来几天我国西北地区东南部、西南地区至江汉、黄淮、江淮等地将有新一轮强降雨过程。据了解，上海中心气象台在6月9日已宣布上海进入梅雨期。据上海中心气象台首席预报员介绍，今年的梅雨期与以往主要存在两个方面不同，一是入梅时间早，二是强降水可能会增多。
梅雨天气是如何形成的？
在地面天气图上，梅雨表现为一条略呈东北-西南走向稳定的准静止锋（如图1），在卫星云图上，可以清晰的看到梅雨锋云系(如图2)。造成梅雨锋云系的原因是受势力相当的冷暖空气交汇于江淮流域，形成准静止锋，由于冷暖空气势力相当，导致准静止锋稳定的维持，略北抬或南移。在梅雨锋云系的影响下，长江中下游地区多阴雨天气，雨量充沛，相对时间大，日照时间短，降水一般为连续性，并多伴有阵雨或雷雨。
图1 准静止锋
图2 梅雨锋云系
梅雨期降水的强度虽不及台风降水强度那么大，但由于持续时间长，经常会造成暴雨，并伴有阵雨或雷雨天气，而且受冷暖空气交汇影响，易形成江淮气旋。随着江淮气旋的东移并继续发展，往往也会出现大风天气，受降水系统影响，也容易出现低能见度天气。暴雨、雷电、大风、低能见度等灾害性天气，可能会带来巨大的生命财产安全和经济损失。
AI技术赋能气象监测预报
近年来，随着科学预报天气、水文数据监测的精确度不断提高，对重大水情的预判也不断增强。随着人工智能等新一代信息技术的发展，越来越多的智能技术应用于气象预测，进一步提升了天气预报的精准度。不少人工智能科技企业纷纷涉足气象预报领域，为气象预测预警带来更多的可能性。
针对梅雨天气可能造成的灾害天气，眼控科技致力于将AI技术和天气监测预报相结合。为各类灾害性天气的监测和预报保驾护航。主要包括对流临近预报、延伸期预报、雷暴闪电天气感知及预警、低云低能见度监测预警技术。
基于深度学习技术的AI对流临近预报
AI对流临近天气预报系统运用自研YGNet深度神经网络模型，精准预测对流临近天气，弥补传统外推预测方法缺陷；同时，准确率指标全面超越其他人工智能计算模型。可提供更智能、更稳定、更精准的强对流天气0-2小时高时空分辨率临近预报结果，输出高时空分辨率的预警预报结果；尤其对于未来0-2小时的对流临近天气的生消特征，包括天气起止时间、覆盖范围、移动态势、强度分布等可做出有效预测，准确率比传统预报系统提升20%以上，也实现了雷达回波高精度3D的显示方式，能够全面的监测分析降水云团的形态变化。
图3 AI临近预报
图4 雷达回波的3D显示
延伸期预报
延伸期预报是指中期预报（10天以下）的延伸，是10-30天期间的天气过程预报。对于10天以上的天气过程预报，目前仍缺少客观预报方法和工具为业务预报提供支撑，已成为“天气”和“气候”预报、预测衔接的“时间缝隙”，是目前尚未解决而又亟需解决的问题之一。
图5 单站延伸期降水预报
针对梅雨期的持续时间长而目前无法准确预报延伸期各气象要素这一情况，眼控科技使用先进全球预报模式和各类排放清单等数据，利用了包含云-气溶胶相互作用的耦合空气质量模型的中尺度天气数值模式，搭建了预报时效30天、空间分辨率3公里的高分辨率延伸期数值预报系统，可对10-30天内的降水、气温、能见度、PM2.5等气象要素和大气环境要素提供较为精准的客观预报。
雷电天气监测及预警
通过建设智能观测网并接入其他相关气象大数据，针对雷暴及其伴随天气（闪电、降水等）实现具备高时空分辨率的、较高准确度的实时监测和未来3小时雷暴天气的预测预警,实现闪电的实时监测、雷暴初生智能监视预警、精细化雷电探测预警。如下图所示为雷暴天气感知及预警产品，应用计算机视觉技术，持续跟踪云状的连续变化，利用人工智能计算模型预测对流云生效状态。
图7 雷电天气监测及预警示意图
低云低能见度监测预警技术
低云的探测，除了采用传统的云高仪，利用计算机视觉技术对云状的识别和监控，也能起到积极的效果，通过摄像头拍摄的视频序列，用ResNet+3DCNN视频分类模型(简称R-3DCNN)来分类；利用不同方位角的摄像头观测同一云体，会造成不同的视差，从而从视差法大致估算出云层的高度来探测云高；基于图像自适应二值化和暗通道技术来对能见度进行识别；利用多种预测方案共同组成的预报系统输出的高时空分辨率、精细化预报结果，判断未来是否会发生低云低能见度天气、该天气过程发生的起止时间、将会受到影响的地理范围以及各个重要气象要素受其影响程度等结果。如下图所示，分别是低云低能见度监测网和监测预警产品。
图8 低云低能见度监测网
图9 低云低能见度天气场景展示
眼控科技在气象预报领域拥有众多先进而成熟的技术和产品服务，秉持“产学研用”一体化，依托航空智慧气象创新中心，致力于将人工智能技术赋能航空气象，推动航空气象智能化发展。目前已为华东空管局、浦东机场、吉祥航空等数十个单位提供智能化应用服务，开创了航空安全管理全新的AI技术应用典范。