數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是基于大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的、由當(dāng)前科學(xué)預(yù)測(cè)未來的數(shù)值模型，是基于數(shù)學(xué)物理學(xué)方法客觀定量計(jì)算未來天氣演變的科學(xué)。數(shù)值預(yù)報(bào)是大氣科學(xué)的“數(shù)字實(shí)驗(yàn)室”，是天氣預(yù)報(bào)的根本方法。

2020年是中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心成立10周年。10年的時(shí)間，我國數(shù)值預(yù)報(bào)不但實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)、應(yīng)用、改進(jìn)、發(fā)展的良性循環(huán)，全面建立了國家級(jí)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)，還形成了一支高素質(zhì)、穩(wěn)定、全技術(shù)鏈條的研發(fā)和業(yè)務(wù)應(yīng)用隊(duì)伍。

中國工程院院士許健民表示，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)在一定程度上反映了一個(gè)國家的綜合科技實(shí)力和水平。發(fā)展數(shù)值預(yù)報(bào)模式，是氣象工作中最重要、最光榮、最有挑戰(zhàn)性、最艱辛的任務(wù)。

十年磨一劍 堅(jiān)定中國“智造”

數(shù)值預(yù)報(bào)作為氣象業(yè)務(wù)的核心科技，不僅關(guān)系我國氣象事業(yè)發(fā)展，更是保障國計(jì)民生和國防安全的國家核心科技的重要組成部分。因數(shù)值預(yù)報(bào)突出的重要性，以及研發(fā)難度之大、涉及領(lǐng)域之廣，數(shù)值預(yù)報(bào)也被譽(yù)為氣象事業(yè)的“芯片”。

2010年，數(shù)值預(yù)報(bào)中心團(tuán)隊(duì)開始艱難攻關(guān)，GRAPES全球模式和同化的深化改進(jìn)工作全面開展。

2013年，數(shù)值預(yù)報(bào)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)入選科技部“創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”。

2014年，高分辨率資料同化與數(shù)值天氣模式被確定為國家氣象科技創(chuàng)新工程三大攻關(guān)任務(wù)之一。

2016年，GRAPES全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)正式業(yè)務(wù)化運(yùn)行并面向全國下發(fā)產(chǎn)品，這是我國數(shù)值預(yù)報(bào)核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的重要標(biāo)志，也宣告我國從全球預(yù)報(bào)到區(qū)域高分辨率預(yù)報(bào)核心技術(shù)擺脫了受制于人的局面。

2018年7月，帶有四維變分同化系統(tǒng)的GRAPES全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行，標(biāo)志著我國業(yè)務(wù)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)同化技術(shù)邁入國際前列，成為國際上少數(shù)具有自主研發(fā)和業(yè)務(wù)應(yīng)用四維變分同化系統(tǒng)的國家級(jí)預(yù)報(bào)中心之一。

同年12月，完整的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)體系建成，標(biāo)志著我國建成了以自主研發(fā)的GRAPES為核心的全球、區(qū)域確定性和集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

國家氣象中心主任王建捷感嘆：“十年不懈努力，我國數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展方式完成了從引進(jìn)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(dāng)、確定性和集合預(yù)報(bào)有機(jī)結(jié)合的完整自主技術(shù)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)體系?！?/p>

實(shí)現(xiàn)數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)全鏈條應(yīng)用

“現(xiàn)在我們的數(shù)值預(yù)報(bào)最核心的技術(shù)可以說都是made in china?！敝袊鴼庀缶?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心副主任龔建東告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“從2010年到2020年，我們的GRAPES全球數(shù)值預(yù)報(bào)可用時(shí)效從6天提高到7.5天，快于國際上先進(jìn)中心同期發(fā)展速度。”

龔建東介紹，建立完整數(shù)值預(yù)報(bào)體系的同時(shí)，數(shù)值預(yù)報(bào)中心還發(fā)展了包括檢驗(yàn)技術(shù)、診斷技術(shù)、業(yè)務(wù)化應(yīng)用能力、產(chǎn)品對(duì)外服務(wù)支撐能力的完整鏈條，多方位縮小了與國際先進(jìn)業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)中心的差距?！半m然開始時(shí)間晚、基礎(chǔ)差，但GRAPES的成績單足夠優(yōu)秀”。

2019年7月，GRAPES區(qū)域模式實(shí)現(xiàn)全國范圍3公里分辨率業(yè)務(wù)化運(yùn)行，為全國各地開展局地強(qiáng)對(duì)流、極端天氣預(yù)報(bào)預(yù)警工作提供重要支撐。次月，9公里分辨率GRAPES臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行，“首戰(zhàn)”即成功應(yīng)對(duì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”。

在對(duì)“利奇馬”的路徑捕捉和預(yù)報(bào)中，風(fēng)云四號(hào)A星與GRAPES數(shù)值預(yù)報(bào)隔空星-地互動(dòng)，彼此成就。

數(shù)值預(yù)報(bào)中心團(tuán)隊(duì)采用GRAPES全球切線性與伴隨模式，確定未來48小時(shí)影響我國東部區(qū)域預(yù)報(bào)的觀測(cè)敏感區(qū)，設(shè)定目標(biāo)觀測(cè)區(qū)范圍，并會(huì)同國家衛(wèi)星氣象中心相關(guān)團(tuán)隊(duì)，確定目標(biāo)觀測(cè)區(qū)。隨后，風(fēng)云四號(hào)A星調(diào)整觀測(cè)方式，加密觀測(cè)得到的資料，又經(jīng)過GRAPES全球四維變分同化系統(tǒng)同化應(yīng)用，有效改善模式的初始場(chǎng)，最終提高臺(tái)風(fēng)路徑及強(qiáng)度預(yù)報(bào)的水平。

秉承工匠精神

中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心模式研發(fā)室主任孫健坦言，這一系列動(dòng)作只是國家級(jí)數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系面對(duì)復(fù)雜天氣過程的一次實(shí)踐?！案咝в行虻膽?yīng)對(duì)配合除了需要科技發(fā)展進(jìn)步，更離不開人才的成長與隊(duì)伍的建設(shè)”。

依靠自主研發(fā)建成一套完整的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)技術(shù)體系，我國數(shù)值預(yù)報(bào)不但實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)、應(yīng)用、改進(jìn)、發(fā)展的良性循環(huán)，全面建立了國家級(jí)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)，還形成了一支高素質(zhì)、穩(wěn)定、全技術(shù)鏈條的研發(fā)和業(yè)務(wù)應(yīng)用隊(duì)伍。

從20世紀(jì)80年代初正式成立數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)單位算起，至今已近40年。國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者、中國科學(xué)院院士曾慶存表示，中國氣象人克服了從基礎(chǔ)設(shè)備到模式發(fā)展到業(yè)務(wù)化的重重困難，再經(jīng)數(shù)值預(yù)報(bào)中心成立后這10年來的飛躍進(jìn)步，終于有了我國自主的可為全國和全世界服務(wù)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，是中國成為世界氣象中心的主要科技支撐。

談到今后數(shù)值模式的發(fā)展方向，曾慶存說，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，是理論，是科技，甚至是工藝，必須要靜心努力鉆研。首先，它是基于數(shù)學(xué)物理理論，有一般性規(guī)律，要努力打好這個(gè)數(shù)理基礎(chǔ)，但至今關(guān)于云的刻畫、降雨過程和許多中尺度以及災(zāi)害過程的機(jī)理，尚未有很好的理論解決，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(fù)雜環(huán)境之中，且以具有各種各樣誤差的各種觀測(cè)資料為初始條件，具體情況不同，又有其特殊性，要秉承“繡花工匠”的精神進(jìn)行細(xì)心的分析和巧妙的處理，才能有效解決?！敖窈髷?shù)值天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展，一般性和特殊性兩方面要兼顧，缺一不可?！痹鴳c存表示。