日前，中國(guó)移動(dòng)浙江公司聯(lián)合中國(guó)氣象局完成全球首次利用5G基站進(jìn)行氣象精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的試點(diǎn)驗(yàn)證，開創(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。
近年來，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)安全帶來了巨大的危害。專家普遍認(rèn)為，未來中東部尤其是華北、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？由于強(qiáng)降雨天氣通常由中小尺度的對(duì)流系統(tǒng)引起，具有“空間尺度小、生命史短、突發(fā)性強(qiáng)”的特點(diǎn)，因此提高局部強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率一直是氣象行業(yè)的挑戰(zhàn)難題。
據(jù)了解，當(dāng)前我國(guó)采用了通過水汽觀測(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。
專業(yè)水汽觀測(cè)站
“我們通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通過5G基站自帶的GNSS系統(tǒng)也可以用于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)。”浙江移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)部技術(shù)專家王科鉆介紹�！爸袊�(guó)移動(dòng)有百萬級(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。”
據(jù)了解，此次中國(guó)氣象局與浙江移動(dòng)共同開展的試點(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%。
氣象研究人員對(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)站為分鐘級(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)。
氣象專家認(rèn)為，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)。
后續(xù)，中國(guó)移動(dòng)將聯(lián)合中國(guó)氣象局、南京信息工程大學(xué)探索水汽導(dǎo)風(fēng)技術(shù)應(yīng)用（借助衛(wèi)星水汽通道反演大氣風(fēng)場(chǎng)技術(shù)），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。
通過舟山強(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。
