當(dāng)臺(tái)風(fēng)裹挾狂風(fēng)暴雨來(lái)襲

當(dāng)短時(shí)強(qiáng)降雨突襲城市街巷

過(guò)去依賴有限觀測(cè)站的氣象預(yù)報(bào)常顯乏力

如今

這一困境有望被5G信號(hào)打破

你可曾想到？

遍布城鄉(xiāng)的5G基站也能化身“水汽偵探”

用毫秒級(jí)數(shù)據(jù)捕捉云層中的氣象密碼

讓極端天氣預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率大幅提高

為防災(zāi)減災(zāi)裝上“超靈敏預(yù)警雷達(dá)”！

南京信息工程大學(xué)智協(xié)飛教授團(tuán)隊(duì)

和袁潮霞教授團(tuán)隊(duì)

聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)氣象局等團(tuán)隊(duì)

完成全球首次基于5G基站

進(jìn)行氣象精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的試點(diǎn)驗(yàn)證

開(kāi)創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)“通信塔即水汽觀測(cè)站”

這項(xiàng)突破性技術(shù)可有效解決

傳統(tǒng)氣象水汽觀測(cè)站點(diǎn)位有限、

成本高昂的痛點(diǎn)

推動(dòng)天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率顯著提升

預(yù)測(cè)極端天氣準(zhǔn)確率最高提升80%

此次創(chuàng)新技術(shù)項(xiàng)目

成功榮獲由工業(yè)和信息化部主辦的

第八屆“綻放杯”5G應(yīng)用征集大賽

全國(guó)賽一等獎(jiǎng)

直擊痛點(diǎn)，突破極端天氣預(yù)測(cè)局限

近年來(lái)，在全球變暖的大背景下，極端降水在中國(guó)北方發(fā)生頻率增加約30%，這給當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大的危害。專家普遍認(rèn)為，未來(lái)中東部尤其是華北、西南部分區(qū)域?qū)⒕S持暖濕化趨勢(shì)，并可能經(jīng)歷階段性強(qiáng)降水高峰。

如何提升強(qiáng)降雨天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率？據(jù)了解，當(dāng)前我國(guó)采用了通過(guò)水汽觀測(cè)站收集GNSS系統(tǒng)（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）衛(wèi)星信號(hào)變化數(shù)據(jù)，分析水汽含量等大氣關(guān)鍵參數(shù)，得出強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)情況。但水汽觀測(cè)站建設(shè)成本高，覆蓋率偏低，目前全國(guó)僅有2300余個(gè)，且站點(diǎn)間距大，難以捕捉局部地區(qū)突發(fā)極端天氣。

南京信息工程大學(xué)智協(xié)飛教授團(tuán)隊(duì)和袁潮霞教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)氣象局等參與的此試點(diǎn)工作取得了重大突破，試驗(yàn)周期為74天，1700個(gè)5G基站GNSS系統(tǒng)獲取的衛(wèi)星信號(hào)變化數(shù)據(jù)回傳共享給氣象部門，用于反演水汽數(shù)據(jù)，經(jīng)驗(yàn)證，降雨量預(yù)測(cè)精度最高可以提升80%。

2025年5月8日一次強(qiáng)降水過(guò)程的預(yù)報(bào)。同化了5G基站的GNSS ZTD資料，數(shù)值模式減少了降水的漏報(bào)，顯著提升強(qiáng)降水短臨預(yù)報(bào)技巧（圖中左邊是降水觀測(cè)數(shù)據(jù)，中間是未用5G基站資料的預(yù)報(bào)，右邊是采用了5G基站資料）。

創(chuàng)新技術(shù)，5G基站變身“氣象哨兵”

“我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通過(guò)5G基站自帶的雙頻北斗高精度授時(shí)系統(tǒng)也可以進(jìn)行大氣水汽含量的估算，GNSS信號(hào)時(shí)延的長(zhǎng)短與基站上空云團(tuán)的水汽含量的高低直接相關(guān)，當(dāng)云團(tuán)水汽含量變多時(shí)，時(shí)延就會(huì)變大，因此，基于5G基站信號(hào)時(shí)延反演水汽含量，就可以得出預(yù)報(bào)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。”中國(guó)移動(dòng)浙江公司網(wǎng)絡(luò)部技術(shù)專家王科鉆介紹。

中國(guó)移動(dòng)浙江公司試驗(yàn)場(chǎng)的水汽觀測(cè)站分布

智協(xié)飛教授團(tuán)隊(duì)與中國(guó)移動(dòng)浙江公司共同合作，對(duì)比分析了2025年5月8日浙江短時(shí)強(qiáng)降雨、2024年10月臺(tái)風(fēng)“康妮”的過(guò)程，融合5G基站GNSS ZTD 水汽數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)結(jié)果，其降水預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況最為接近。

經(jīng)驗(yàn)證，基于5G基站GNSS的氣象短臨精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)采集回傳頻率可提升至100毫秒/次，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)水汽觀測(cè)站的分鐘級(jí)；強(qiáng)降水位置定位精度從27km×27km精確至1km×1km，定位從區(qū)縣級(jí)到街道級(jí)，強(qiáng)降水范圍和位置預(yù)報(bào)更精準(zhǔn)。

通過(guò)舟山強(qiáng)降雨天氣的水汽預(yù)測(cè)試驗(yàn)，證明同化后強(qiáng)降水范圍和位置預(yù)報(bào)更好，強(qiáng)降水漏報(bào)區(qū)域得到了改善。

袁潮霞團(tuán)隊(duì)還利用5G GNSS信號(hào)和深度學(xué)習(xí)進(jìn)行實(shí)時(shí)三維風(fēng)場(chǎng)預(yù)測(cè)的研究，首次提出并驗(yàn)證了一個(gè)名為G-WindCast的創(chuàng)新深度學(xué)習(xí)框架，能夠利用5G全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）信號(hào)強(qiáng)度變化，實(shí)現(xiàn)高精度、實(shí)時(shí)（提前5-30分鐘）的三維大氣風(fēng)場(chǎng)預(yù)測(cè)。

集成了基于5G基站GNSS ZTD 同化資料的WRF數(shù)值預(yù)報(bào)、改進(jìn)的U-Net深度學(xué)習(xí)預(yù)報(bào)以及傳統(tǒng)的光流法預(yù)報(bào)，顯著提升了強(qiáng)降水的短臨預(yù)報(bào)技巧。

前景廣闊，解鎖防災(zāi)減災(zāi)新密碼

目前，百萬(wàn)級(jí)5G基站覆蓋廣泛，每一座5G基站就相當(dāng)于GNSS/MET水汽觀測(cè)站，通過(guò)激活這些‘水汽觀測(cè)站’獲取的水汽數(shù)據(jù)規(guī)模更大，時(shí)效更強(qiáng)，無(wú)需改造就可直接復(fù)用，可大幅節(jié)約水汽觀測(cè)站的建設(shè)成本，得出高時(shí)空分辨率的大氣水汽分布，有助于提高局部極端天氣的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)能力、提升災(zāi)害預(yù)警的及時(shí)性，有望在抗災(zāi)減災(zāi)方面發(fā)揮重要作用。

01

一塔多用降成本

無(wú)需改造即可構(gòu)建高時(shí)空分辨水汽觀測(cè)網(wǎng)，大幅降低傳統(tǒng)水汽觀測(cè)站建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)“廣覆蓋、低成本”。

02

提升短臨預(yù)報(bào)能力

預(yù)測(cè)極端天氣準(zhǔn)確率最高提升80%，強(qiáng)降水范圍和位置預(yù)報(bào)更精準(zhǔn)。

03

賦能氣象服務(wù)場(chǎng)景

可進(jìn)一步賦能風(fēng)力發(fā)電、低空導(dǎo)航、流域預(yù)警等多個(gè)重要場(chǎng)景，開(kāi)辟產(chǎn)業(yè)新藍(lán)海。

盡管通信基站所處環(huán)境復(fù)雜，但將通信基站數(shù)據(jù)與氣象局?jǐn)?shù)據(jù)融合后，觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量大幅增加，為數(shù)值模式提供了更豐富、更密集、覆蓋區(qū)域更廣的對(duì)流層水汽信息，為改進(jìn)高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果奠定了重要基礎(chǔ)。

南京信息工程大學(xué)將繼續(xù)

加強(qiáng)局校、校企合作

借助衛(wèi)星水汽通道反演大氣風(fēng)場(chǎng)技術(shù)

進(jìn)一步探索水汽導(dǎo)風(fēng)技術(shù)應(yīng)用

填補(bǔ)“晴空風(fēng)”的氣象預(yù)報(bào)空白

推動(dòng)GNSS數(shù)據(jù)

在氣象災(zāi)害研判上發(fā)揮更大價(jià)值

進(jìn)而為守護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全

貢獻(xiàn)更多智慧與力量

來(lái)源：大氣科學(xué)學(xué)院 中國(guó)移動(dòng)

編輯：廖李林 張皓涵 張夢(mèng)蕓

整理：于曉

初審：張峰

復(fù)審：林雯

終審：姚楠