SciOmni.Ai 精选 | TianJi:自主探索大气科学物理机制的Agent

数值预报可以回答未来可能出现什么天气，却很难直接说明变化为何发生。要讨论物理机制，研究者还要提出可被检验的解释，设计对照实验，并从高维模拟结果中找到支持或否定假设的证据。这些工作横跨科学推理、模式配置和数据分析，任何一环脱节，机制判断都可能失去依据。

TianJi 以天气研究与预报模式（WRF）为实验平台。系统把假设讨论、数值模拟和结果诊断放在同一条任务链中，让自然语言中的机制判断能够进入真实的气象计算。

机制判断必须经过对照实验

“海温升高会改变台风路径”听起来很合理，但在可执行方面还存在着问题。海温提高多少、哪些条件保持不变、比较哪个时段、用什么指标衡量路径变化，都要提前写进实验设计。否则，模拟差异可能来自初始场、参数化方案或数值误差，无法单独归因于海温。

TianJi 先把自然语言中的解释整理成可以被否定的假设，再生成天气数值模式的配置和诊断任务。模拟结束后，系统回到最初假设，检查路径偏差和中心气压是否符合预期。整条流程始终围绕同一个判断展开，避免假设、运行和结果分析各说各话。

两级Agent分工

Researcher Agents 从不同角度提出解释，Host Agent 负责追问证据和暴露矛盾，Chief Scientist Agent 决定哪些假设值得进入数值验证。实验开始后，Meta-Planner 维护任务顺序和运行状态，具体操作交给 Worker Agents。科学讨论与底层工具调用因此保持分离，但每项执行任务仍能追溯到对应的研究目标。

海温扰动实验检验台风路径假设

2021 年台风“烟花”（In-Fa）的海温扰动实验给出了完整的验证过程。讨论从一个明确判断开始：海表温度升高可能改变台风强度，并进一步影响移动路径。这个判断同时包含可修改的实验变量和可观测的诊断量，适合交给天气数值模式做对照。

01多角色讨论形成待验证假设

Researcher Agents 检索海温与台风运动相关资料，分别从热力过程和动力过程提出解释。Host Agent 对证据和因果关系进行质询，Chief Scientist Agent 再选出可以落实为数值条件的假设。讨论的产物是一组需要由模拟回答的判断。

02Meta-Planner生成对照实验

Meta-Planner 把验证任务拆成数据准备、模式配置、数值运行和结果诊断。实验组在对照组基础上加入 +2.0°C 海表温度扰动，同时关闭海温自动更新，使设定的温度差在模拟期间保持稳定。Worker Agents 随后完成计算域、物理参数和运行文件配置。

03Worker Agents提取诊断量

天气数值模式运行结束后，系统读取 NetCDF 输出，提取台风中心位置和最低中心气压。路径用于判断移动方向，气压用于衡量强度变化。两组指标放在一起比较，能够区分单纯的位置偏移与强度变化引起的路径响应。

04模拟结果修正初始判断

下图左侧比较了两条台风路径。红线对应 +2°C 海温扰动组，蓝线对应对照组。7 月 25 日至 26 日期间，扰动组路径仍然偏南，最大偏差为 -0.3387°，没有出现预想中的持续北偏。右侧结果显示，最低中心气压从 944.2 hPa 降到 924.7 hPa，台风强度明显增加。海温升高确实改变了台风状态，但路径响应受到强度变化和环境引导气流共同影响，原先的线性判断需要调整。

四类工具接入天气数值模式

Meta-Planner 不直接处理所有文件。它会根据任务状态选择工具，再把 WPS 预处理、WRF 初始化、主模拟和轨迹诊断分配给相应 Worker Agent。每个阶段都留下配置、日志或数据文件，后续分析可以回查具体输入，执行失败也能定位到单独环节。

TianJi 应用边界

TianJi 适合检验变量明确、对照条件可控制的气象机制问题。提交任务时，应写清被改变的物理量、固定条件、诊断时段和判断标准。以海温实验为例，海表温度是唯一主动扰动，初始场、计算域和参数化方案需要保持一致，路径偏差与最低中心气压则用于评价响应。

“哪些因素影响台风”一类开放问题缺少清晰的实验边界，直接交给系统容易得到宽泛假设。更稳妥的做法是先缩小因果范围，再检查参数文件（namelist）、边界场和输出频率。模拟完成后，还要核对图形、运行日志与 NetCDF 数据是否相互对应。

实验设计决定结果可信度

天气数值模式的输出只适用于给定的初始场、计算域和参数化方案。边界场偏差、网格分辨率或微物理方案变化，都可能改变台风路径与强度。检查结果时，需要确认实验组和对照组之间只改变了目标变量，并分析其他过程是否也能解释同一现象。

总结

TianJi 处理的是科学假设进入数值实验时最费工程工作的部分：把自然语言条件写入天气数值模式配置，维持多阶段任务运行，再把模拟结果送回假设判断。它为气象研究提供了一条可以检查的执行路径。机制结论是否成立，最终取决于对照条件是否严谨，以及模拟证据能否得到领域知识支持。

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