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研究兴趣与方向
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秦博,同济大学助理教授,工学博士。主要从事AI for Science与人工智能和大气海洋科学交叉研究,围绕天气气候事件智能建模、AI参数化方案及其与动力模式耦合、AI模型可解释性等方向开展系统研究。先后在同济大学获得学士、博士学位,并于复旦大学大气与海洋科学系从事博士后研究,合作导师为穆穆院士。入选国家博士后创新人才支持计划(博新计划)、上海市超级博士后、复旦大学超级博士后,主持国家自然科学基金青年科学基金(C类)等多项科研项目。
近年来聚焦“AI模型如何更好地服务天气、气候与海洋环境预测”这一核心问题,在ENSO智能预测、极端天气气候事件可预报性、物理—数据融合建模、AI可解释性分析、集合预报与目标观测等方面取得了一系列成果。已在npj CAS、AAS、JAMES、GMD、QJRMS、TMM等国内外重要期刊发表40余篇论文(https://scholar.google.com.hk/citations?user=ib4yEzMAAAAJ),部分成果被《Nature》及其子刊相关论文评价为该方向的代表性或基准性工作。
在应用层面,研发的ENSO智能预测模型已被国际最权威的ENSO实时预测机构IRI收录,成为全球首个被纳入该实时预测体系的ENSO AI集成预报模型;同时,连续多年受中国气象局、国家自然资源部邀请参与ENSO及汛期专家会商,相关成果兼具国际影响力与业务应用价值。
招生方向上,欢迎具有计算机、人工智能、应用数学、大气科学、海洋科学、遥感等背景的硕士、博士研究生加入。课题组注重数理基础、编程能力、科研表达和交叉创新能力的系统培养,鼓励学生在真实科学问题中开展方法创新,在高水平研究中实现快速成长。
目前围绕“可解释性AI模型建模与天气气候事件可预报性”主线持续开展研究,已形成较为清晰且具有延展性的科研布局。主持项目包括:
1. 国家自然科学基金青年科学基金(C类),项目名称:基于可解释性AI模型的ENSO事件第一类可预测性问题研究,执行时间:2025.01—2027.12,聚焦ENSO事件在AI模型中的可预报性机理,研究如何利用可解释性方法揭示初始扰动对预测误差增长的影响。
2. 国家博士后创新人才支持计划,项目名称:基于AI的北半球中高纬极端事件的可预测性研究,执行时间:2023.08—2025.08,面向中高纬高影响天气事件,发展基于AI模型的可预报性分析框架,探索智能目标观测与集合预报新方法。
3. 上海市超级博士后项目,项目名称:可解释性AI模型与天气气候事件的可预报性问题研究,执行时间:2024.01—2025.12,围绕AI模型误差来源、敏感区域识别及预报误差演变机制开展研究。
4. 地球系统数值模拟与应用全国重点实验室(LabESM)开放课题,项目名称:基于增长型初始扰动分布最优估计的台风智能集合预报研究,执行时间:2026.01—2027.12,重点研究台风预报中的不确定性量化、集合预报设计与最优扰动理论。
后续将进一步围绕东亚极端致灾涡旋中期-次季节精细化AI模拟预报及其可预报性展开系统攻关,包括:融合风云卫星等多源观测数据构建高分辨率东亚再分析资料;发展结合PINN、多尺度图网络和物理机制约束的东亚气象大模型;提出能够量化初始条件与模型偏置相互作用的最优扰动分布估计理论;建立误差溯源与持续改进框架。
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支持扩展名:.rar .zip .doc .docx .pdf .jpg .png .jpeg目前围绕“可解释性AI模型建模与天气气候事件可预报性”主线持续开展研究,已形成较为清晰且具有延展性的科研布局。主持项目包括:
1. 国家自然科学基金青年科学基金(C类),项目名称:基于可解释性AI模型的ENSO事件第一类可预测性问题研究,执行时间:2025.01—2027.12,聚焦ENSO事件在AI模型中的可预报性机理,研究如何利用可解释性方法揭示初始扰动对预测误差增长的影响。
2. 国家博士后创新人才支持计划,项目名称:基于AI的北半球中高纬极端事件的可预测性研究,执行时间:2023.08—2025.08,面向中高纬高影响天气事件,发展基于AI模型的可预报性分析框架,探索智能目标观测与集合预报新方法。
3. 上海市超级博士后项目,项目名称:可解释性AI模型与天气气候事件的可预报性问题研究,执行时间:2024.01—2025.12,围绕AI模型误差来源、敏感区域识别及预报误差演变机制开展研究。
4. 地球系统数值模拟与应用全国重点实验室(LabESM)开放课题,项目名称:基于增长型初始扰动分布最优估计的台风智能集合预报研究,执行时间:2026.01—2027.12,重点研究台风预报中的不确定性量化、集合预报设计与最优扰动理论。
后续将进一步围绕东亚极端致灾涡旋中期-次季节精细化AI模拟预报及其可预报性展开系统攻关,包括:融合风云卫星等多源观测数据构建高分辨率东亚再分析资料;发展结合PINN、多尺度图网络和物理机制约束的东亚气象大模型;提出能够量化初始条件与模型偏置相互作用的最优扰动分布估计理论;建立误差溯源与持续改进框架。
围绕“人工智能如何更深入地理解并预测复杂天气气候系统”这一目标,已在理论方法、模型构建和实际应用三个层面形成较为系统的研究成果(https://scholar.google.com.hk/citations?user=ib4yEzMAAAAJ)。
提出了多个具有物理约束与可解释性的ENSO智能预测模型。代表性工作包括:
· ENSO-ASC 1.0.0:提出多变量图卷积耦合模型,将ENSO有效预报时长提升至18个月;
· ENSO-GTC:提出概率图卷积与全球时空遥相关耦合框架,将有效预报时长进一步提升至19个月,并被《Nature》相关论文评价为ENSO智能预报领域的基准模型之一。
其中,研发的ENSO智能模型已被国际最权威的ENSO实时预测机构IRI收录,成为全球首个ENSO AI集成预报模型,说明相关成果不仅具有学术创新性,也具备较强的国际应用影响力。
在传统可预报性理论基础上,扩展了经典 CNOP 方法,提出面向AI模型的增长型初始扰动最优估计新思路,用于定量分析初始不确定性如何影响天气气候事件预测结果。这一方向推动了“AI模型不仅用于预报,也用于揭示预报误差来源与动力机制”的新范式。相关成果发表于 QJRMS、AAS 等期刊,并获得国际同行积极评价,多篇论文入选 ESI高被引论文,并获评 Wiley Top Cited Article。
例如,在The first kind of predictability problem of El Niño predictions in a multivariate coupled data-driven model一文中,首次在多变量耦合AI模型中系统研究ENSO事件的第一类可预报性问题,揭示了若干新型最优初始扰动及其增长机制。该成果被《Nature》子刊论文专题评述,认为其为AI模型中的天气气候可预报性研究提供了重要方向。
围绕“如何让AI模型更符合物理规律、更可信、更具泛化能力”,构建了多个物理—数据融合驱动的天气气候预测模型,在ENSO、热带气旋、东亚环流及相关高影响事件预测中取得较好效果。相关工作涵盖:
· 物理约束下的深度学习预测模型;
· 面向极端天气气候事件的可解释诊断;
· 将AI模块嵌入地球系统模式或与动力模式耦合的智能建模框架。
近年来受邀参加 EGU、AOGS、AGU 等国际重要学术会议并作口头报告,在 EGU2025 以 Convener 身份组织“人工智能在资料同化中的应用”分会场;担任 Science Advances、IEEE TGRS 等多个高水平期刊审稿人,并参与多个重点实验室与学术平台建设。

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