我國建立自主技術的氣象事業(yè)“芯片”

　　靠它，天氣預報更靠譜

　　陰晴雨雪等天氣預報信息，和我們的日常生活息息相關。我們每天看到、聽到的氣象預測，主要來自“數(shù)值天氣預報”，這是基于數(shù)學、物理學方法，利用高性能計算機客觀定量計算未來天氣演變的科學技術。在數(shù)值天氣預報的基礎上，預報員們再根據(jù)自己的經(jīng)驗做出判斷，加以訂正，就形成了我們獲得的預報信息。

　　2010年4月28日，中國氣象局數(shù)值預報中心成立。經(jīng)過10年攻堅，我國數(shù)值天氣預報不但實現(xiàn)了自主研發(fā)、應用、改進、發(fā)展的良性循環(huán)，而且基于自主技術，全面建立了國家級數(shù)值天氣預報業(yè)務體系并實現(xiàn)應用服務。

　　我國從上世紀80年代初正式成立數(shù)值天氣預報業(yè)務單位，至今已近40年?！翱朔藦幕A設備到模式發(fā)展到業(yè)務化的重重困難，再經(jīng)數(shù)值預報中心成立后這10年來的飛躍，終于有了我國自主的可為全國和全世界服務的數(shù)值天氣預報業(yè)務系統(tǒng)，是中國成為世界氣象中心之一的主要科技支撐?！敝袊茖W院院士、國家最高科學技術獎獲得者曾慶存表示。

　　大氣是一種流體，它的基本運動遵循著流體力學基本理論。氣象學家們通過對大氣運動所遵從的流體力學和熱力學的基本定律進行理論推導，得到了一組關于大氣運動的基本方程組，包括運動方程、熱力學方程、連續(xù)方程、狀態(tài)方程和水汽方程。在已知大氣當前狀態(tài)與大氣周邊環(huán)境的條件下，求取方程組的近似數(shù)值解，這就是數(shù)值天氣預報。

　　數(shù)值天氣預報作為氣象業(yè)務的核心科技，重要性突出、研發(fā)難度大、涉及領域廣，被譽為氣象事業(yè)的“芯片”，不僅關系我國氣象事業(yè)發(fā)展，更是保障國計民生和國防安全的國家核心科技的重要組成部分，對保障生命安全、生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好等不可或缺。

　　“數(shù)值預報是業(yè)務天氣預報的支柱，準確的天氣預報，離不開數(shù)值預報作為第一依據(jù)。”中國工程院院士許健民表示：“數(shù)值預報模式復雜、系統(tǒng)內(nèi)部各分量之間聯(lián)系緊密，開發(fā)工作的體量和難度極大，需要多個專業(yè)高水平的科學家有效地組織起來，長期通力合作。因此，數(shù)值天氣預報在一定程度上反映了一個國家的綜合科技實力和水平?！?/p>

　　2000年，我國新一代數(shù)值天氣預報系統(tǒng)GRAPES（全球和區(qū)域同化預報系統(tǒng)）的自主研發(fā)工作開啟。2010年，由集中數(shù)值預報研發(fā)和業(yè)務力量組建而成的數(shù)值預報中心團隊，開始了艱難攻關：研發(fā)全球模式物理過程，體現(xiàn)中國天氣氣候特征；攻關四維變分同化關鍵技術，研發(fā)多平臺、多傳感器衛(wèi)星資料同化應用技術；解決高性能計算和支撐平臺等各類瓶頸問題……

　　“我國數(shù)值預報業(yè)務發(fā)展方式完成了從引進為主到自主研發(fā)為主的重大轉(zhuǎn)變，建成了高低分辨率搭配適當、確定性和集合預報有機結(jié)合的具有完整自主技術的數(shù)值天氣預報體系?！眹覛庀笾行闹魅瓮踅ń荼硎尽?/p>

　　“數(shù)值預報中心成立以來飛速進步，建成擁有我國自主技術的數(shù)值氣象預報業(yè)務體系，滿足了我國現(xiàn)階段國家安全和經(jīng)濟建設對氣象保障的需求，成為我國天氣預報的主要科學支柱，為以后可持續(xù)發(fā)展奠定了良好基礎?！敝袊こ淘涸菏?、數(shù)值預報專家李澤椿說。

　　2017年，中國氣象局被世界氣象組織正式認定為世界氣象中心，成為全球9個世界氣象中心之一，這標志著我國氣象現(xiàn)代化整體水平邁入世界先進行列?！爸袊鴼庀缶直徽J定為世界氣象中心，自主研發(fā)的GRAPES數(shù)值預報體系是最重要的因素。”數(shù)值預報中心副主任龔建東說。

　　數(shù)值預報產(chǎn)品是天氣預報員們做預報時的“第一依據(jù)”。數(shù)值預報中心要加強業(yè)務應用，持續(xù)提升預報服務支撐能力。

　　2019年8月，9公里分辨率GRAPES臺風預報系統(tǒng)實現(xiàn)業(yè)務運行，“首戰(zhàn)”即面對臺風“利奇馬”。以超強臺風級別登陸浙江溫嶺的“利奇馬”，是2019年汛期的一匹“烈馬”。在對路徑捕捉和預測中，風云四號A星與GRAPES數(shù)值預報隔空星—地互動，提升了預報精準度。

　　此外，高分辨率同化系統(tǒng)投入業(yè)務運行后，對強對流天氣的預報能力明顯提升。

　　“數(shù)值天氣預報，是理論，是科技，甚至是工藝，必須要靜心努力鉆研。”曾慶存表示：“首先，它是基于數(shù)學物理理論，有一般性規(guī)律，要努力打好這個數(shù)理基礎，但至今關于云的刻畫、降雨過程和許多中尺度以及災害過程的機理，尚未有很好的理論解決，必須要勤以探索創(chuàng)新。其次，天氣又是發(fā)生于千差萬別的復雜環(huán)境之中，且以具有各種各樣誤差的各種觀測資料為初始條件，具體情況不同，又有其特殊性，要秉承‘工匠精神’、下好‘繡花功夫’，細心地分析和巧妙地處理，才能有效解決。今后數(shù)值天氣預報的發(fā)展，一般性和特殊性兩方面要兼顧，缺一不可。”

　　展望未來，國家重點領域科技創(chuàng)新團隊負責人、數(shù)值預報中心副主任沈?qū)W順說：“未來將繼續(xù)瞄準國際科技前沿，秉承‘工匠精神’，堅持不懈并不斷加快科技實力的積累，為國家做出更大貢獻?！保ㄓ浾?劉 毅）

【糾錯】

責任編輯： 施歌