我國建立自主技術的氣象事業“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“數值天氣預報”，這是基于數學、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。在數值天氣預報的基礎上，預報員們再根據自己的經驗做出判斷，加以訂正，就形成了我們獲得的預報信息。

　　2010年4月28日，中國氣象局數值預報中心成立。經過10年攻堅，我國數值天氣預報不但實現了自主研發、應用、改進、發展的良性循環，而且基于自主技術，全面建立了國家級數值天氣預報業務體系并實現應用服務。

　　我國從上世紀80年代初正式成立數值天氣預報業務單位，至今已近40年。“克服了從基礎設備到模式發展到業務化的重重困難，再經數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值天氣預報業務系統，是中國成為世界氣象中心之一的主要科技支撐。”中國科學院院士、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、連續方程、狀態方程和水汽方程。在已知大氣當前狀態與大氣周邊環境的條件下，求取方程組的近似數值解，這就是數值天氣預報。

　　數值天氣預報作為氣象業務的核心科技，重要性突出、研發難度大、涉及領域廣，被譽為氣象事業的“芯片”，不僅關系我國氣象事業發展，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、生產發展、生活富裕、生態良好等不可或缺。

　　“數值預報是業務天氣預報的支柱，準確的天氣預報，離不開數值預報作為第一依據。”中國工程院院士許健民表示：“數值預報模式復雜、系統內部各分量之間聯系緊密，開發工作的體量和難度極大，需要多個專業高水平的科學家有效地組織起來，長期通力合作。因此，數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。”

　　2000年，我國新一代數值天氣預報系統GRAPES（全球和區域同化預報系統）的自主研發工作開啟。2010年，由集中數值預報研發和業務力量組建而成的數值預報中心團隊，開始了艱難攻關：研發全球模式物理過程，體現中國天氣氣候特征；攻關四維變分同化關鍵技術，研發多平臺、多傳感器衛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……

　　“我國數值預報業務發展方式完成了從引進為主到自主研發為主的重大轉變，建成了高低分辨率搭配適當、確定性和集合預報有機結合的具有完整自主技術的數值天氣預報體系。”國家氣象中心主任王建捷表示。

　　“數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值氣象預報業務體系，滿足了我國現階段國家安全和經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，為以后可持續發展奠定了良好基礎。”中國工程院院士、數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代化整體水平邁入世界先進行列。“中國氣象局被認定為世界氣象中心，自主研發的GRAPES數值預報體系是最重要的因素。”數值預報中心副主任龔建東說。

　　數值預報產品是天氣預報員們做預報時的“第一依據”。數值預報中心要加強業務應用，持續提升預報服務支撐能力。

　　2019年8月，9公里分辨率GRAPES臺風預報系統實現業務運行，“首戰”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，高分辨率同化系統投入業務運行后，對強對流天氣的預報能力明顯提升。

　　“數值天氣預報，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，它是基于數學物理理論，有一般性規律，要努力打好這個數理基礎，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，必須要勤以探索創新。其次，天氣又是發生于千差萬別的復雜環境之中，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。今后數值天氣預報的發展，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新團隊負責人、數值預報中心副主任沈學順說：“未來將繼續瞄準國際科技前沿，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。”（記者 劉 毅）

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責任編輯： 施歌