国务院印发的《气象高质量发展纲要（2022—2035 年）》明确提出要「提前一个月预报重大天气过程」，而这离不开 15 天以上的次季节气候预测技术。
次季节气候预测关注的是未来 15~60 天的气候异常，可以为农业、水利、能源等领域的生产安排提供重要支撑。
相比时效在两周以内的中短期天气预报，次季节气候预测的不确定性更大。它不仅需要考虑初值问题，还要考虑边界强迫的影响，预测来源更为复杂，预测技巧也较少。因此，次季节气候预测一直被称为「可预报性沙漠」，
由于其复杂性，甚至连 AI 大模型在时间尺度上的表现亦长期未能超越传统模型。
为了解决这个问题，上海科学智能研究院（简称上智院）、复旦大学、中国气象局国家气候中心联合研发了「伏羲」次季节气候预测大模型（FuXi-S2S) ，首次超越传统数值预报模式的标杆 —— 欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的 S2S 模式。
近日，该成果以「A Machine Learning Model that Outperforms Conventional Global Subseasonal Forecast Models」为题的论文，被国际权威综合性期刊《Nature Communications》杂志收录发表。
其独特之处在于能够快速有效地生成大型集合预测，在大约 7 秒内完成长达 42 天的全球日平均预报。
这些预测信息对于农业规划、资源管理、灾害准备，以及抵御热浪干旱、寒潮洪水等极端天气事件至关重要。
「伏羲」次季节气候预测大模型在技术上实现了两个关键性创新：
这些技术突破使得该模型对降水的全球预测能力显著提升，尤其在我国长江中下游地区等热带外地区更为显著。
MJO 是一种周期性的大气环流模式，其影响范围从热带到中高纬度地区。预测 MJO 可以帮助气象学家和气候学家更准确地理解和预测未来数周到数月内的降水模式、风暴活动、温度变化，以及干旱和洪涝等极端天气事件的发生。
「伏羲」次季节气候预测大模型有效提升了对 MJO 的预测技巧，将 MJO 的预测技巧达到了 36 天，大幅超过了 ECMWF 的 S2S 模式的 30 天时长。
此外，「伏羲」次季节气候预测大模型还可以通过构建显著图 (Saliency map) 识别导致极端事件发生的潜在信息，这一能力在预测 2022 年巴基斯坦洪水期间的极端降雨方面得到了验证。
具体过程为，首先定义一个损失函数，例如下图绿色方框标出的巴基斯坦平均降水异常百分率，保持模型参数固定，然后通过反向传播求解梯度最终输出输入图像像素的梯度，来反映输入气象要素对于巴基斯坦降水异常百分率的正相关和负相关作用。
凭借「伏羲」次季节气候预测大模型强大的预测能力和前兆信号识别能力，可以为应对极端天气事件提供有效的工具和策略。
以上是Nature子刊，上智院、复旦、中国气象局研发次季节AI大模型「伏羲」，突破「可预报性沙漠」的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！
