Abstract:本文基于注意力机制和编码-解码结构设计了OF-RainNet降水预报模型,实现了降水平流外推运动信息和深度学习模型的有效融合。以北京地区为试验区域,构建1km分辨率,逐6分钟的1h和2h的降水临近预报试验,得到如下结论: 1) 模型以SWAN的1hQPE和0-2hQPF作为输入数据,通过编码阶段显式输入SWAN外推产品,实现传统外推和深度学习模型的融合。模型引入SuperTokenAttention超级词元注意力模块结构,提取面向降水临近预报有意义的语义单元并计算多头注意力,设计分段权重的损失函数,最终实现降水的1h和2h临近预报。 2) 通过2024年7-8月和2025年7-8月北京试验区长时间序列对比试验发现,OF-RainNet在5mm/h,10mm/h,20mm/h,50mm/h的1h、2h预报时效的TS评分全部高于SWAN-QPF和PredRNNV2模型,其中在≥10mm/h的阈值段内,相对提升超过10%,说明OF-RainNet融合外推预报和深度学习模型后能获得正预报技巧,强降水预报性能提升明显。 3) 相较于未引入光流外推产品和STA模块的基础版本模型,OF-RainNet的TS评分显著提升,强降水Bias略高于1。说明模型通过引入STA模块和外推产品,能够有效提升模型的强降水预报能力。 4) 通过个例分析发现,OF-RainNet的预报性能优于PredRNNv2,对强降水持续阶段的预报能力优于局地触发阶段,1h预报优于2h预报OF-RainNet的1h预报明显优于2h预报,强降水持续阶段的预报能力优于强降水局地触发阶段。 预报试验结果表明,仅依赖雷达观测的外推预报,难以捕捉强降水的局地精细化发展演变特征,尤其是对局地触发的强降水预报技巧较低。本文通过深度学习模型构建多源预报数据融合框架,实现了不同预报方法数据的有效融合,为未来的工作提供了新的思路和技术方向。后续研究可在模型输入层扩展不同方法的预报产品,如“风雷”预报产品、数值模式环境场,物理量场和回波预报场等。通过深度学习模型挖掘各类预报产品的核心优势,实现多预报方法的集成融合,进一步提升临近客观预报对降水生消演变的预报能力。