筚路蓝缕 铸就“中国芯” 我国数值预报业务发展纪实-中国气象局政府门户网站
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筚路蓝缕 铸就“中国芯”
——我国数值预报业务发展纪实

发布时间:2021年09月30日 来源:中国气象报社

  9月30日,中国气象局地球系统数值预报中心(以下简称“地球系统数值预报中心”)揭牌成立,开启我国数值预报业务能力建设新纪元。
  作为现代气象事业发展最核心的技术,数值预报堪称气象领域的“芯片”和“国之重器”。从早期以国外引进为主,到自主研发掌握核心科技,再到发展以地球系统模式为目标的下一代模式,我国数值预报业务已风雨兼程四十年,实现从“零”到“一”再到“卓越”的跨越式发展。  
  紧紧抓住“牛鼻子” 毫不动摇发展数值预报
  世界气象组织曾评价“数值天气预报是20世纪最伟大的科技发展之一”,顶级期刊《自然》则盛赞“数值预报发展是一场静悄悄的革命”。当传统的以统计和经验为主的天气图方法越来越无法满足现代天气预报发展和要求时,基于数学物理学方法客观定量计算未来天气演变的科学——数值天气预报应运而生。
  我国的数值天气预报研究始于1954年,是国际上较早开展数值天气预报的国家之一,但限于当时的条件,难以形成业务能力。上世纪80年代,我国数值预报业务进入发展阶段。在发展初期,中国气象局联合国内部分大学和科研单位自主研发了“A”和“B”模式,而全球数值天气预报和气候预测模式主要采用“引进吸收再开发”模式发展。不过,发展中国自己的数值天气预报技术,实现关键技术自主可控,始终是一代又一代气象人矢志不移、铢积寸累的心头大事。
  2001年,为了摆脱核心技术受制于人的困境,中国气象局组建数值预报创新基地,开展全球/区域同化预报系统(GRAPES)研发工作。2003年,安排部署国家气候中心开始研发中国气候系统模式。2010年,贯彻落实国务院和中国气象局关于实现气象现代化的目标,中国气象局党组紧紧抓住“牛鼻子”,成立中国气象局数值预报中心,提出要“通过自主创新加快GRAPES核心技术的发展及应用,使其成为现代天气业务发展的持续动力”。
  时针拨回到今天,在习近平总书记关于气象工作重要指示精神指引下,中国气象局党组深入了解国际气象科技发展形势,历时一年高位谋划,党组书记、局长庄国泰亲自督导成立地球系统数值预报中心,加快推进气象事业高质量发展和气象强国建设,成为我国数值预报发展历史上的又一个里程碑!  
  坚定中国“智造” 建立完整数值预报体系
  作为气象业务的核心科技,数值预报研发难度大、涉及领域广,一度只为少数发达国家所有。随着我国气象科技水平的不断提升,“数值预报的核心技术要完全掌握在自己手里”的愿望也越来越迫切。
  以此为目标,坚持把好钢用在刀刃上——中国气象局集中数值预报研发和业务力量,组建数值天气模式、气候模式、专业数值模式、大气再分析等团队,以及区域中心数值预报团队,开始一步一个脚印地推动我国数值预报加速发展:
  2005年,我国第一代短期气候预测业务系统建立,实现了我国短期气候预测由经验统计向客观、定量、自动化转变。
  2010年,GRAPES全球天气模式和同化系统的深化改进工作全面启动。
  2013年,数值预报创新团队入选科技部“创新人才推进计划重点领域创新团队”。
  2015年,第二代气候模式预测系统正式业务化,不仅支撑国省气候预测业务应用,还通过世界气象中心开展国际共享。
  2016年,GRAPES全球预报系统正式业务化运行并面向全国下发产品,这是我国数值预报核心技术实现国产化的重要标志,也宣告了我国从全球预报到区域高分辨率预报核心技术摆脱受制于人的局面。
  2018年7月,带有四维变分同化系统的GRAPES全球同化预报系统实现业务运行,标志着我国业务数值天气预报同化技术迈入国际前列,成为国际上少数具有自主研发和业务应用四维变分同化系统的国家级预报中心之一。
  2018年12月,随着GRAPES全球集合预报系统实现业务应用,我国数值天气预报体系的版图补齐了最后一块“拼图”,自主研发的GRAPES终于建成了完整数值天气预报体系。
  2019年7月,GRAPES区域模式实现全国范围3公里分辨率业务化运行,为全国各地开展局地强对流、极端天气预报预警工作提供重要支撑。
  2020年12月,我国自主研发的中国第一代全球大气/陆面再分析系统及产品投入业务化应用,我国终于具备了再分析产品的自主生产能力,气象业务对国外数据产品的依赖大大降低。   
  今年3月,第三代气候模式预测业务系统实现准业务运行,实现了次季节-季节-年际尺度气候预测一体化,被科技部推选为国家“十三五”重大科技创新成果。 
  仅在一个月以前,GRAPES全球同化预报系统再次实现版本升级,我国首次具备全球范围内热带气旋的数值预报能力,在赋能“一带一路”、海洋强国建设的同时,还将惠及全球受热带气旋影响的国家和人民。
  还有面向专业领域研发的台风、沙尘暴、雾-霾、海浪、核及环境应急响应等数值预报系统,以及锚定各区域中心发展的睿图数值预报系统、华东区域模式系统、南海台风模式和中尺度模式系统等,均在各相关领域不断深耕、接续奋进,显著提升了我国在灾害性天气应对、重大活动保障和服务地方经济社会发展等方面的气象支撑能力。
  如今,我国数值预报发展不但实现了自主研发、应用、改进、发展的良性循环,还形成了一支高素质、全技术链条的研发和业务应用队伍。
  国家最高科学技术奖获得者、中国科学院院士曾庆存曾肯定道:“从上世纪80年代初至今,中国气象人克服了从基础设备到模式发展到业务化的重重困难,再经近年来的飞跃进步,终于有了我国自主的可为全国和全世界服务的数值天气预报业务系统,是中国成为世界气象中心的主要科技支撑。”  
  气象现代化成果赋能 数值预报发展迎来新机遇
  以超强台风级别登陆浙江温岭的“利奇马”,可谓2019年汛期的一匹“烈马”。在对“利奇马”的路径捕捉和预报中,风云四号A星与GRAPES数值预报隔空星-地互动,彼此成就——
  数值预报团队基于GRAPES,“圈定”未来48小时影响预报的观测敏感区,会同国家卫星气象中心团队确定目标观测区后,调整风云四号A星进行加密观测,得到的资料又经过GRAPES全球四维变分同化系统同化应用,有效改善了模式的初始场,最终提高了台风路径及强度的预报水平。
  再如历经5年科技攻关成功研制的中国第一代全球大气/陆面再分析产品(CRA),不仅填补了我国在全球大气再分析领域的空白,打破了长期以来对国外的依赖,更为数值预报模式模拟和资料同化提供了有力的数据支撑。
  事实上,“十三五”时期涌现出的众多气象现代化成果,正为我国数值预报发展注入新的活力。在全球气候变化、极端天气气候事件可能成为新常态的背景下,气象事业发展也对数值预报提出了新需求——
  要统筹多圈层,在无缝隙的地球系统框架下推进天气、气候一体化数值预报发展。这是当下国际气象科技发展的大势,也是谋划推进我国数值预报技术向更高水平发展,加快推进气象现代化建设的必然要求。
  随着地球系统数值预报中心的成立,我国现有的数值预报业务模式也有了新的名字。更名后的数值预报模式中文统一加冠“中国气象局”,英文缩写前缀统一为“CMA-”,比如大家熟知的GRAPES全球同化预报系统正式更名为中国气象局全球同化预报系统,中国“智造”、惠及世界的属性和目标更加明确。
  目标已定、蓝图已绘。我国气象部门将统筹上下,举部门之力打造数值预报国家队伍,协同左右,集聚国际国内各方合力攻关地球系统模式等核心技术,为中国气象事业高质量发展、实现气象强国奋斗目标、打造普惠全球的现代化数值预报系统,贡献强劲的中国气象“芯”力量!
  (作者:谷星月 黄彬  责任编辑:王美丽)

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