國家級數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)體系將全部由自主研發(fā)技術(shù)替代
中國氣象局展示的氣象預(yù)報預(yù)測系統(tǒng)模型。 本報記者 郭靜原攝
在全球天氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和龐大的超級計算機(jī)系統(tǒng)支持下，人們觀云識天的方式從單純依靠經(jīng)驗向應(yīng)用物理、數(shù)學(xué)方法計算風(fēng)云變幻的數(shù)值天氣預(yù)報轉(zhuǎn)變。如今，我國自主研發(fā)的GRAPES全球數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)大幅提高了天氣預(yù)報準(zhǔn)確率和預(yù)報時效，預(yù)報產(chǎn)品數(shù)量增至70種，并出口到“一帶一路”沿線國家和地區(qū)，為當(dāng)?shù)靥嵘秊?zāi)害性天氣預(yù)報能力、增強(qiáng)天氣預(yù)報準(zhǔn)確性貢獻(xiàn)中國智慧
從第一張?zhí)鞖鈭D問世至今，已有100多年歷史。人們觀云識天的方式也從單純依靠經(jīng)驗向應(yīng)用物理、數(shù)學(xué)方法計算風(fēng)云變幻的數(shù)值天氣預(yù)報轉(zhuǎn)變。在全球天氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和龐大的超級計算機(jī)系統(tǒng)支持下，天氣預(yù)報準(zhǔn)確率和預(yù)報時效不斷提高。
近日，記者從中國氣象局了解到，我國數(shù)值預(yù)報發(fā)展到2018年，國家級數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)體系將全部被自主研發(fā)的技術(shù)所替代。從“零”到“一”，再從“一”到“全部”，核心技術(shù)的自主創(chuàng)新正在推動中國數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)邁向國際舞臺。
攻克核心技術(shù)
我國業(yè)務(wù)數(shù)值天氣預(yù)報走上自主研發(fā)之路，中國區(qū)域短期降水預(yù)報能力已接近歐洲中期天氣預(yù)報中心
簡單來說，預(yù)報天氣就像在解一道非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)題。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到大氣是一種流體，它的運(yùn)動軌跡遵循著流體力學(xué)基本理論。利用計算機(jī)，氣象學(xué)家通過求解描寫大氣運(yùn)動規(guī)律的偏微分方程組，算出天氣變化結(jié)果，數(shù)值天氣預(yù)報由此應(yīng)運(yùn)而生。
“到了夏天究竟是南方降水多還是北方多?日常氣象業(yè)務(wù)包括天氣預(yù)報、山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報、空氣質(zhì)量預(yù)報、航空氣象預(yù)報等，都要運(yùn)用數(shù)值預(yù)報技術(shù)進(jìn)行測量。”中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報中心副主任、國家重點(diǎn)領(lǐng)域數(shù)值預(yù)報創(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人沈?qū)W順告訴經(jīng)濟(jì)日報記者，無論是天氣預(yù)報還是氣候預(yù)測都離不開數(shù)值預(yù)報?？梢哉f，數(shù)值預(yù)報是整個氣象業(yè)務(wù)的核心與基礎(chǔ)。
然而，在過去很長一段時間，全國早間天氣會商中，預(yù)報員最常提及的還是“歐洲中期天氣預(yù)報中心模式”。“一直到1999年之前，我國數(shù)值預(yù)報技術(shù)走的都是引進(jìn)路線?？蓢獾暮诵募夹g(shù)始終對我們保密，引進(jìn)成本又高，在關(guān)鍵技術(shù)的消化和掌握上我們總是落后一程。”沈?qū)W順說。
認(rèn)清形勢，下定決心，要牢牢把握核心技術(shù)應(yīng)用的主動權(quán)。1999年，我國業(yè)務(wù)數(shù)值天氣預(yù)報走上自主研發(fā)之路，開啟全球區(qū)域同化預(yù)報系統(tǒng)(GRAPES)研發(fā)。2016年，正式業(yè)務(wù)化運(yùn)行并面向全國下發(fā)產(chǎn)品的GRAPES全球預(yù)報系統(tǒng)，被視為代表我國數(shù)值預(yù)報技術(shù)能力的跨時代之作。
“自主創(chuàng)新絕對不是照搬國外先進(jìn)的系統(tǒng)和產(chǎn)品，我們必須要有自己的數(shù)值預(yù)報，積極發(fā)揮系統(tǒng)在中國地區(qū)的應(yīng)用成效。”中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報中心主任王建捷表示，與國外模式相比，中國區(qū)域短期降水預(yù)報能力目前已接近歐洲中期天氣預(yù)報中心。
面向數(shù)值預(yù)報領(lǐng)域重大需求，中國氣象局在構(gòu)建數(shù)值預(yù)報創(chuàng)新團(tuán)隊基礎(chǔ)上，聯(lián)合國家級氣象業(yè)務(wù)單位、研究機(jī)構(gòu)和高等院校等優(yōu)勢資源組建攻關(guān)團(tuán)隊，越來越多的新生力量匯入自主創(chuàng)新大潮。“我們必須要有圍繞核心問題的基礎(chǔ)研發(fā)積累和持之以恒的研發(fā)儲備，要有讓創(chuàng)新活力得到充分激發(fā)的體制機(jī)制，還要有踏踏實實做科研的人才隊伍。”王建捷說。
就在去年6月份，“數(shù)值預(yù)報云”正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，標(biāo)志著我國數(shù)值預(yù)報應(yīng)用全面進(jìn)入“云時代”。全國氣象部門通過數(shù)值預(yù)報云客戶端均可快速共享中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報中心和華北、華東、華南三大區(qū)域氣象中心的高分辨率區(qū)域數(shù)值模式產(chǎn)品，提高了各地精細(xì)化預(yù)報能力。
展現(xiàn)強(qiáng)勁實力
依靠核心技術(shù)的快速發(fā)展，GRAPES全球數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)平均可用時效超過7天，預(yù)報產(chǎn)品數(shù)量也不斷增加
數(shù)值預(yù)報“中國造”不僅僅是一個口號，而是一種實力的體現(xiàn)。
讓沈?qū)W順引以為傲的是，團(tuán)隊為2016年G20杭州峰會提供的一系列精細(xì)、客觀、量化的10類24種氣象服務(wù)產(chǎn)品，從中期、短期預(yù)報時效產(chǎn)品實時掌握天氣情況，到西湖精細(xì)預(yù)報產(chǎn)品點(diǎn)對點(diǎn)觀察湖面和近地面各高度層風(fēng)場環(huán)境，再到10分鐘煙火擴(kuò)散預(yù)報、短臨預(yù)報時效產(chǎn)品等，保障了大會期間重要節(jié)點(diǎn)和表演順利進(jìn)行。
與硬實力匹配的好成績還遠(yuǎn)不只這些。2017年夏天，當(dāng)臺風(fēng)“天鴿”在廣東珠海市南部沿海登陸時，回應(yīng)它的是停飛的航線、回港避風(fēng)的漁船和空無一人的街道。在這背后，是GRAPES—TYM預(yù)先準(zhǔn)確地抓取臺風(fēng)路徑和降水特征，提供了良好的臺風(fēng)預(yù)警服務(wù)。
依靠核心技術(shù)的快速發(fā)展，臺風(fēng)預(yù)報準(zhǔn)確率得以顯著提升。沈?qū)W順介紹，中國氣象局不僅開發(fā)了GRAPES—TYM區(qū)域臺風(fēng)模式，投入使用的新版GRAPES—TCM在資料同化、渦旋初始化、GRAPES模式動力框架和物理過程等方面也解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)問題。
針對多維山地、露天環(huán)境下的國外雪上項目場地制作氣象預(yù)報產(chǎn)品是個極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在為參加韓國平昌冬奧會的中國代表團(tuán)提供精細(xì)化預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品過程中，中國氣象局以我國研發(fā)的3公里分辨率數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)(GRAPES—Meso)的客觀預(yù)報產(chǎn)品為參考，結(jié)合韓國氣象廳提供的賽場觀測實況數(shù)據(jù)，由預(yù)報員進(jìn)行分析、訂正，最終給出預(yù)報結(jié)論。
當(dāng)前，GRAPES全球數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)平均可用時效超過7天，預(yù)報產(chǎn)品數(shù)量已增至70種，并出口到“一帶一路”沿線國家和地區(qū)，為當(dāng)?shù)靥嵘秊?zāi)害性天氣預(yù)報能力、增強(qiáng)天氣預(yù)報準(zhǔn)確性貢獻(xiàn)中國智慧和力量。
力爭再上臺階
未來，數(shù)值預(yù)報將著力提升對局地強(qiáng)天氣的快速預(yù)報預(yù)警能力、對全球天氣尤其是大范圍轉(zhuǎn)折性天氣的可用預(yù)報時效
GRAPES數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃明確提出，到2020年，模式的計算精度和同化技術(shù)將再上一個臺階。我國將基本建成從局地公里尺度到全球10公里尺度的GRAPES氣象災(zāi)害及環(huán)境精細(xì)化數(shù)值預(yù)報體系;形成下一代大氣模式框架原型系統(tǒng)，為天氣氣候一體化數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)的建立奠定基礎(chǔ)。
邁出這一大步，意味著數(shù)值預(yù)報技術(shù)的質(zhì)和量都要有新的飛躍。舉例來說，GRAPES全球中期確定性預(yù)報系統(tǒng)的水平分辨率將達(dá)10公里、衛(wèi)星資料同化占比超過80%、可用預(yù)報時效超過8天;我國大雨(雪)以上量級降水過程的0至12小時、0至24小時預(yù)報TS評分均比2018年提高15%，24小時臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差小于70公里。
沈?qū)W順表示，提升對局地強(qiáng)天氣的快速預(yù)報預(yù)警能力、提高對全球天氣尤其是大范圍轉(zhuǎn)折性天氣的可用預(yù)報時效，是今后數(shù)值預(yù)報努力的重點(diǎn)，“數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)將朝著全球公里尺度分辨率、海陸氣冰耦合數(shù)值模式系統(tǒng)、百米分辨率局地數(shù)值預(yù)報和多尺度集合預(yù)報方向發(fā)展”。
展望我國數(shù)值預(yù)報的未來，王建捷道出了自己的心愿：“我國還處于全球數(shù)值預(yù)報第二梯隊。希望創(chuàng)新步伐更快一些，早日進(jìn)入第一梯隊。”
關(guān)鍵詞： 自主研發(fā) 數(shù)值 臺階
