國(guó)家級(jí)數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系將全部由自主研發(fā)技術(shù)替代
中國(guó)氣象局展示的氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)系統(tǒng)模型。 本報(bào)記者 郭靜原攝
在全球天氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和龐大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，人們觀云識(shí)天的方式從單純依靠經(jīng)驗(yàn)向應(yīng)用物理、數(shù)學(xué)方法計(jì)算風(fēng)云變幻的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)變。如今，我國(guó)自主研發(fā)的GRAPES全球數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)大幅提高了天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和預(yù)報(bào)時(shí)效，預(yù)報(bào)產(chǎn)品數(shù)量增至70種，并出口到“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)，為當(dāng)?shù)靥嵘秊?zāi)害性天氣預(yù)報(bào)能力、增強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性貢獻(xiàn)中國(guó)智慧
從第一張?zhí)鞖鈭D問(wèn)世至今，已有100多年歷史。人們觀云識(shí)天的方式也從單純依靠經(jīng)驗(yàn)向應(yīng)用物理、數(shù)學(xué)方法計(jì)算風(fēng)云變幻的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)變。在全球天氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和龐大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和預(yù)報(bào)時(shí)效不斷提高。
近日，記者從中國(guó)氣象局了解到，我國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)發(fā)展到2018年，國(guó)家級(jí)數(shù)值預(yù)報(bào)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?gòu)?ldquo;一”到“全部”，核心技術(shù)的自主創(chuàng)新正在推動(dòng)中國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)邁向國(guó)際舞臺(tái)。
攻克核心技術(shù)
我國(guó)業(yè)務(wù)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)走上自主研發(fā)之路，中國(guó)區(qū)域短期降水預(yù)報(bào)能力已接近歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，預(yù)報(bào)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(shí)到大氣是一種流體，它的運(yùn)動(dòng)軌跡遵循著流體力學(xué)基本理論。利用計(jì)算機(jī)，氣象學(xué)家通過(guò)求解描寫大氣運(yùn)動(dòng)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(bào)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(bào)、山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)、空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)、航空氣象預(yù)報(bào)等，都要運(yùn)用數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。”中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心副主任、國(guó)家重點(diǎn)領(lǐng)域數(shù)值預(yù)報(bào)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人沈?qū)W順告訴經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者，無(wú)論是天氣預(yù)報(bào)還是氣候預(yù)測(cè)都離不開數(shù)值預(yù)報(bào)。可以說(shuō)，數(shù)值預(yù)報(bào)是整個(gè)氣象業(yè)務(wù)的核心與基礎(chǔ)。
然而，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，全國(guó)早間天氣會(huì)商中，預(yù)報(bào)員最常提及的還是“歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心模式”。“一直到1999年之前，我國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)走的都是引進(jìn)路線。可國(guó)外的核心技術(shù)始終對(duì)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(shuō)。
認(rèn)清形勢(shì)，下定決心，要牢牢把握核心技術(shù)應(yīng)用的主動(dòng)權(quán)。1999年，我國(guó)業(yè)務(wù)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)走上自主研發(fā)之路，開啟全球區(qū)域同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)(GRAPES)研發(fā)。2016年，正式業(yè)務(wù)化運(yùn)行并面向全國(guó)下發(fā)產(chǎn)品的GRAPES全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)，被視為代表我國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)能力的跨時(shí)代之作。
“自主創(chuàng)新絕對(duì)不是照搬國(guó)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(bào)，積極發(fā)揮系統(tǒng)在中國(guó)地區(qū)的應(yīng)用成效。”中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心主任王建捷表示，與國(guó)外模式相比，中國(guó)區(qū)域短期降水預(yù)報(bào)能力目前已接近歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心。
面向數(shù)值預(yù)報(bào)領(lǐng)域重大需求，中國(guó)氣象局在構(gòu)建數(shù)值預(yù)報(bào)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)上，聯(lián)合國(guó)家級(jí)氣象業(yè)務(wù)單位、研究機(jī)構(gòu)和高等院校等優(yōu)勢(shì)資源組建攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，越來(lái)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(wèn)題的基礎(chǔ)研發(fā)積累和持之以恒的研發(fā)儲(chǔ)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(shí)實(shí)做科研的人才隊(duì)伍。”王建捷說(shuō)。
就在去年6月份，“數(shù)值預(yù)報(bào)云”正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)應(yīng)用全面進(jìn)入“云時(shí)代”。全國(guó)氣象部門通過(guò)數(shù)值預(yù)報(bào)云客戶端均可快速共享中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)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(bào)能力。
展現(xiàn)強(qiáng)勁實(shí)力
依靠核心技術(shù)的快速發(fā)展，GRAPES全球數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)平均可用時(shí)效超過(guò)7天，預(yù)報(bào)產(chǎn)品數(shù)量也不斷增加
數(shù)值預(yù)報(bào)“中國(guó)造”不僅僅是一個(gè)口號(hào)，而是一種實(shí)力的體現(xiàn)。
讓沈?qū)W順引以為傲的是，團(tuán)隊(duì)為2016年G20杭州峰會(huì)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(bào)時(shí)效產(chǎn)品實(shí)時(shí)掌握天氣情況，到西湖精細(xì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品點(diǎn)對(duì)點(diǎn)觀察湖面和近地面各高度層風(fēng)場(chǎng)環(huán)境，再到10分鐘煙火擴(kuò)散預(yù)報(bào)、短臨預(yù)報(bào)時(shí)效產(chǎn)品等，保障了大會(huì)期間重要節(jié)點(diǎn)和表演順利進(jìn)行。
與硬實(shí)力匹配的好成績(jī)還遠(yuǎn)不只這些。2017年夏天，當(dāng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”在廣東珠海市南部沿海登陸時(shí)，回應(yīng)它的是停飛的航線、回港避風(fēng)的漁船和空無(wú)一人的街道。在這背后，是GRAPES—TYM預(yù)先準(zhǔn)確地抓取臺(tái)風(fēng)路徑和降水特征，提供了良好的臺(tái)風(fēng)預(yù)警服務(wù)。
依靠核心技術(shù)的快速發(fā)展，臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率得以顯著提升。沈?qū)W順介紹，中國(guó)氣象局不僅開發(fā)了GRAPES—TYM區(qū)域臺(tái)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(dòng)力框架和物理過(guò)程等方面也解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
針對(duì)多維山地、露天環(huán)境下的國(guó)外雪上項(xiàng)目場(chǎng)地制作氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品是個(gè)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在為參加韓國(guó)平昌冬奧會(huì)的中國(guó)代表團(tuán)提供精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品過(guò)程中，中國(guó)氣象局以我國(guó)研發(fā)的3公里分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)(GRAPES—Meso)的客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品為參考，結(jié)合韓國(guó)氣象廳提供的賽場(chǎng)觀測(cè)實(shí)況數(shù)據(jù)，由預(yù)報(bào)員進(jìn)行分析、訂正，最終給出預(yù)報(bào)結(jié)論。
當(dāng)前，GRAPES全球數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)平均可用時(shí)效超過(guò)7天，預(yù)報(bào)產(chǎn)品數(shù)量已增至70種，并出口到“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)，為當(dāng)?shù)靥嵘秊?zāi)害性天氣預(yù)報(bào)能力、增強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和力量。
力爭(zhēng)再上臺(tái)階
未來(lái)，數(shù)值預(yù)報(bào)將著力提升對(duì)局地強(qiáng)天氣的快速預(yù)報(bào)預(yù)警能力、對(duì)全球天氣尤其是大范圍轉(zhuǎn)折性天氣的可用預(yù)報(bào)時(shí)效
GRAPES數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃明確提出，到2020年，模式的計(jì)算精度和同化技術(shù)將再上一個(gè)臺(tái)階。我國(guó)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(bào)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(bào)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(bào)技術(shù)的質(zhì)和量都要有新的飛躍。舉例來(lái)說(shuō)，GRAPES全球中期確定性預(yù)報(bào)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(guò)80%、可用預(yù)報(bào)時(shí)效超過(guò)8天;我國(guó)大雨(雪)以上量級(jí)降水過(guò)程的0至12小時(shí)、0至24小時(shí)預(yù)報(bào)TS評(píng)分均比2018年提高15%，24小時(shí)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差小于70公里。
沈?qū)W順表示，提升對(duì)局地強(qiáng)天氣的快速預(yù)報(bào)預(yù)警能力、提高對(duì)全球天氣尤其是大范圍轉(zhuǎn)折性天氣的可用預(yù)報(bào)時(shí)效，是今后數(shù)值預(yù)報(bào)努力的重點(diǎn)，“數(shù)值天氣預(yù)報(bào)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?cái)?shù)值預(yù)報(bào)和多尺度集合預(yù)報(bào)方向發(fā)展”。
展望我國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)的未來(lái)，王建捷道出了自己的心愿：“我國(guó)還處于全球數(shù)值預(yù)報(bào)第二梯隊(duì)。希望創(chuàng)新步伐更快一些，早日進(jìn)入第一梯隊(duì)。”
關(guān)鍵詞： 自主研發(fā) 數(shù)值 臺(tái)階
