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

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

我國從上世紀(jì)80年代初正式成立數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)單位，至今已近40年。“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(wù)的數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，是中國成為世界氣象中心之一的主要科技支撐。”中國科學(xué)院院士、國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者曾慶存表示。

大氣是一種流體，它的基本運(yùn)動遵循著流體力學(xué)基本理論。氣象學(xué)家們通過對大氣運(yùn)動所遵從的流體力學(xué)和熱力學(xué)的基本定律進(jìn)行理論推導(dǎo)，得到了一組關(guān)于大氣運(yùn)動的基本方程組，包括運(yùn)動方程、熱力學(xué)方程、連續(xù)方程、狀態(tài)方程和水汽方程。在已知大氣當(dāng)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(yù)報。

數(shù)值天氣預(yù)報作為氣象業(yè)務(wù)的核心科技，重要性突出、研發(fā)難度大、涉及領(lǐng)域廣，被譽(yù)為氣象事業(yè)的“芯片”，不僅關(guān)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(yù)報是業(yè)務(wù)天氣預(yù)報的支柱，準(zhǔn)確的天氣預(yù)報，離不開數(shù)值預(yù)報作為第一依據(jù)。”中國工程院院士許健民表示：“數(shù)值預(yù)報模式復(fù)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(xué)家有效地組織起來，長期通力合作。因此，數(shù)值天氣預(yù)報在一定程度上反映了一個國家的綜合科技實(shí)力和水平。”

2000年，我國新一代數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)GRAPES(全球和區(qū)域同化預(yù)報系統(tǒng))的自主研發(fā)工作開啟。2010年，由集中數(shù)值預(yù)報研發(fā)和業(yè)務(wù)力量組建而成的數(shù)值預(yù)報中心團(tuán)隊，開始了艱難攻關(guān)：研發(fā)全球模式物理過程，體現(xiàn)中國天氣氣候特征;攻關(guān)四維變分同化關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)多平臺、多傳感器衛(wèi)星資料同化應(yīng)用技術(shù);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(yù)報業(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)報有機(jī)結(jié)合的具有完整自主技術(shù)的數(shù)值天氣預(yù)報體系。”國家氣象中心主任王建捷表示。

“數(shù)值預(yù)報中心成立以來飛速進(jìn)步，建成擁有我國自主技術(shù)的數(shù)值氣象預(yù)報業(yè)務(wù)體系，滿足了我國現(xiàn)階段國家安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)對氣象保障的需求，成為我國天氣預(yù)報的主要科學(xué)支柱，為以后可持續(xù)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。”中國工程院院士、數(shù)值預(yù)報專家李澤椿說。

2017年，中國氣象局被世界氣象組織正式認(rèn)定為世界氣象中心，成為全球9個世界氣象中心之一，這標(biāo)志著我國氣象現(xiàn)代化整體水平邁入世界先進(jìn)行列。“中國氣象局被認(rèn)定為世界氣象中心，自主研發(fā)的GRAPES數(shù)值預(yù)報體系是最重要的因素。”數(shù)值預(yù)報中心副主任龔建東說。

數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品是天氣預(yù)報員們做預(yù)報時的“第一依據(jù)”。數(shù)值預(yù)報中心要加強(qiáng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，持續(xù)提升預(yù)報服務(wù)支撐能力。

2019年8月，9公里分辨率GRAPES臺風(fēng)預(yù)報系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行，“首戰(zhàn)”即面對臺風(fēng)“利奇馬”。以超強(qiáng)臺風(fēng)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(yù)測中，風(fēng)云四號A星與GRAPES數(shù)值預(yù)報隔空星—地互動，提升了預(yù)報精準(zhǔn)度。

此外，高分辨率同化系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，對強(qiáng)對流天氣的預(yù)報能力明顯提升。

“數(shù)值天氣預(yù)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(xué)物理理論，有一般性規(guī)律，要努力打好這個數(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，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(fù)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(xì)心地分析和巧妙地處理，才能有效解決。今后數(shù)值天氣預(yù)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(diǎn)領(lǐng)域科技創(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、數(shù)值預(yù)報中心副主任沈?qū)W順說：“未來將繼續(xù)瞄準(zhǔn)國際科技前沿，秉承‘工匠精神’，堅持不懈并不斷加快科技實(shí)力的積累，為國家做出更大貢獻(xiàn)。”

記者 劉 毅

關(guān)鍵詞： 氣象事業(yè) 芯片