全球首次！南京信息工程大學教師團隊“5G”解鎖極端天氣預測新密碼

當臺風裹挾狂風暴雨來襲

當短時強降雨突襲城市街巷

過去依賴有限觀測站的氣象預報常顯乏力

如今

這一困境有望被5G信號打破

你可曾想到？

遍布城鄉的5G基站也能化身“水汽偵探”

用毫秒級數據捕捉云層中的氣象密碼

讓極端天氣預測準確率大幅提高

為防災減災裝上“超靈敏預警雷達”！

南京信息工程大學智協飛教授團隊

和袁潮霞教授團隊

聯合中國移動、中國氣象局等團隊

完成全球首次基于5G基站

進行氣象精準預報的試點驗證

開創性地實現“通信塔即水汽觀測站”

這項突破性技術可有效解決

傳統氣象水汽觀測站點位有限、

成本高昂的痛點

推動天氣預報準確率顯著提升

預測極端天氣準確率最高提升80%

此次創新技術項目

成功榮獲由工業和信息化部主辦的

第八屆“綻放杯”5G應用征集大賽

全國賽一等獎

直擊痛點，突破極端天氣預測局限

近年來，在全球變暖的大背景下，極端降水在中國北方發生頻率增加約30%，這給當地群眾的生命財產安全帶來了巨大的危害。專家普遍認為，未來中東部尤其是華北、西南部分區域將維持暖濕化趨勢，并可能經歷階段性強降水高峰。

如何提升強降雨天氣預報的準確率？據了解，當前我國采用了通過水汽觀測站收集GNSS系統（全球導航衛星系統）衛星信號變化數據，分析水汽含量等大氣關鍵參數，得出強降雨預報情況。但水汽觀測站建設成本高，覆蓋率偏低，目前全國僅有2300余個，且站點間距大，難以捕捉局部地區突發極端天氣。

南京信息工程大學智協飛教授團隊和袁潮霞教授團隊聯合中國移動、中國氣象局等參與的此試點工作取得了重大突破，試驗周期為74天，1700個5G基站GNSS系統獲取的衛星信號變化數據回傳共享給氣象部門，用于反演水汽數據，經驗證，降雨量預測精度最高可以提升80%。

2025年5月8日一次強降水過程的預報。同化了5G基站的GNSS ZTD資料，數值模式減少了降水的漏報，顯著提升強降水短臨預報技巧（圖中左邊是降水觀測數據，中間是未用5G基站資料的預報，右邊是采用了5G基站資料）。

創新技術，5G基站變身“氣象哨兵”

“我們通過實驗測試發現，通過5G基站自帶的雙頻北斗高精度授時系統也可以進行大氣水汽含量的估算，GNSS信號時延的長短與基站上空云團的水汽含量的高低直接相關，當云團水汽含量變多時，時延就會變大，因此，基于5G基站信號時延反演水汽含量，就可以得出預報的關鍵數據。”中國移動浙江公司網絡部技術專家王科鉆介紹。

中國移動浙江公司試驗場的水汽觀測站分布

智協飛教授團隊與中國移動浙江公司共同合作，對比分析了2025年5月8日浙江短時強降雨、2024年10月臺風“康妮”的過程，融合5G基站GNSS ZTD 水汽數據和傳統數據的預報結果，其降水預報結果與實況最為接近。

經驗證，基于5G基站GNSS的氣象短臨精準預報的數據采集回傳頻率可提升至100毫秒/次，遠超傳統水汽觀測站的分鐘級；強降水位置定位精度從27km×27km精確至1km×1km，定位從區縣級到街道級，強降水范圍和位置預報更精準。

通過舟山強降雨天氣的水汽預測試驗，證明同化后強降水范圍和位置預報更好，強降水漏報區域得到了改善。

袁潮霞團隊還利用5G GNSS信號和深度學習進行實時三維風場預測的研究，首次提出并驗證了一個名為G-WindCast的創新深度學習框架，能夠利用5G全球導航衛星系統（GNSS）信號強度變化，實現高精度、實時（提前5-30分鐘）的三維大氣風場預測。

集成了基于5G基站GNSS ZTD 同化資料的WRF數值預報、改進的U-Net深度學習預報以及傳統的光流法預報，顯著提升了強降水的短臨預報技巧。

前景廣闊，解鎖防災減災新密碼

目前，百萬級5G基站覆蓋廣泛，每一座5G基站就相當于GNSS/MET水汽觀測站，通過激活這些‘水汽觀測站’獲取的水汽數據規模更大，時效更強，無需改造就可直接復用，可大幅節約水汽觀測站的建設成本，得出高時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預報能力、提升災害預警的及時性，有望在抗災減災方面發揮重要作用。

01

一塔多用降成本

無需改造即可構建高時空分辨水汽觀測網，大幅降低傳統水汽觀測站建設運營成本，實現“廣覆蓋、低成本”。

02

提升短臨預報能力

預測極端天氣準確率最高提升80%，強降水范圍和位置預報更精準。

03

賦能氣象服務場景

可進一步賦能風力發電、低空導航、流域預警等多個重要場景，開辟產業新藍海。

盡管通信基站所處環境復雜，但將通信基站數據與氣象局數據融合后，觀測點數量大幅增加，為數值模式提供了更豐富、更密集、覆蓋區域更廣的對流層水汽信息，為改進高分辨率數值預報結果奠定了重要基礎。

南京信息工程大學將繼續

加強局校、校企合作

借助衛星水汽通道反演大氣風場技術

進一步探索水汽導風技術應用

填補“晴空風”的氣象預報空白

推動GNSS數據

在氣象災害研判上發揮更大價值

進而為守護人民生命財產安全

貢獻更多智慧與力量

來源：大氣科學學院 中國移動

編輯：廖李林 張皓涵 張夢蕓

整理：于曉

初審：張峰

復審：林雯

終審：姚楠