气象事业迈入“中国芯”时代

   壮阔东方潮 奋进新时代

  ——庆祝改革开放40年·行进

  从“零”到“一”,再从“一”到“全部”,数值预报发展到2018年,国家级数值预报业务体系全部被自主研发的技术替代。“天气预报看似简单,实际是一个复杂的系统工程,关键核心技术就是数值预报,其涉及到卫星、雷达等多源大气探测、超级计算机等技术,被誉为气象事业的‘芯’。”近日,中国气象局数值预报中心副主任沈学顺在接受科技日报记者采访时说。

  过去,欧洲中期天气预报中心的数值预报模式是我国预报员开展业务的主要依据。然而,依靠引进建立的业务数值预报系统与我国不断增长的经济与科技实力、高性能计算机的研制能力等存在“不相适应”。

  中国要有自己的数值预报,这是气象人的共同愿望。

  如今,他们已然梦想成真。党的十八大以来,我国数值预报业务持续发展,一步一个脚印,预报准确率稳步提升,为社会进步、经济发展、防灾减灾作出了重要贡献。2001年,中国气象局开始自主研发数值天气预报系统GRAPES。彼时,沈学顺还在国外,当得知这一消息时,2003年,他毅然登上了回国的航班。

  “那时,GRAPES系统的研发刚刚起步,我见证了创新基地团队成员搭建微机群、写程序、推公式、多方求证等诸多废寝忘食、筚路蓝缕的日日夜夜。”沈学顺说。

  数值预报系统的每一个环节都是一门学问,需要专门的人才队伍去理解、掌握和完成相应的开发任务。由于多种原因,多年来我国在大气科学领域计算机技术与计算数学、物理过程和资料同化等数值预报相关的基础研究水平薄弱。研发之初,各关键环节计算方案的反复推敲、试验和验证贯穿整个研发过程。“牵一发而动全局”的情形时常出现——仅仅一个微小的问题都可能导致模式整体性能下降,甚至是全部过程推倒重来。

  一步一个脚印。2006年,GRAPES区域数值预报业务系统正式投入业务运行;

  2007年7月,GRAPES的研发全面进入全球模式系统发展阶段;

  2012年,GRAPES研发团队入选国家重点领域科技创新团队,这是我国气象领域唯一一支国家级科技创新团队;

  2014年,高分辨率资料同化与数值天气模式被确定为国家气象科技创新工程三大攻关任务之一,自主创新的脚步不断加快;

  2016年,正式业务化运行并面向全国下发的GRAPES_GFS全球中期预报产品,被视为我国数值预报技术体系实现国产化的重要标志,也宣告我国基本掌握了从全球预报到区域高分辨率预报的系列数值预报核心技术。

  在沈学顺看来,不断磨砺是自主研发所必需经历的。相关基础理论知识的积累、研究能力的培养、研发经验的不断叠加,对于真正掌握数值预报这一气象事业的核心科技而言至关重要。“自主创新绝不是照搬国外先进的系统和产品,这需要坚持既定技术路线不动摇,不断累积,在防灾减灾实践中砥砺前行。”沈学顺说。

  每一场台风、每一次暴雨,数值预报让气象工作者如虎添翼。有数据为证,党的十八大以来,我国台风路径预报24小时误差从95公里缩小到66公里,各时效预报全面超过美国和日本,达到国际领先水平。

  尽管如此,沈学顺坦陈,现有的研究和业务应用水平与发达国家还有一定差距,尤其是缺乏针对我国气象问题的原创性科技成果,在模式物理过程研究以及观测资料同化技术和观测资料应用方面仍有待加强。要实现从“一”到“卓越”、进入国际先进行列仍需付出艰苦的努力。解决局地强对流天气的快速预报预警和延长天气预报的可用预报时效是未来数值预报发展的重点。

  到2020年,在自主研发GRAPES成果的基础上,模式和同化技术将再上一个台阶,基本建成从局地公里尺度到全球10公里尺度的GRAPES气象灾害及环境精细化数值预报体系。

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