數值預報是基於數學物理學方法客觀定量計算未來天氣演變的預報技術。作為氣象業務的核心科技,被譽為氣象事業的“芯片”。自主研發中國的數值預報技術,是中國氣象人一直以來的共同願望。
2010年4月28日,中國氣象局數值預報中心成立,吹響了我國數值預報自主研發的號角;10年砥礪前行,今天我國數值預報系統不但實現了自主研發、應用、改進、發展的良性循環,全面建立了國家級數值天氣預報業務體系和實現應用服務,還形成了一支高素質、穩定、全技術鏈條的研發和業務應用隊伍。
國家最高科學技術獎獲得者、中國科學院院士曾慶存說:“就我國數值天氣預報業務的建立和發展歷程來說,從20世紀80年代初正式成立數值天氣預報業務單位算起,至今已近40年了。中國氣象人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後這10年來的飛躍進步,終於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的主要科技支撐。”
核心技術一定要完全掌握在自己手裡
自主研發中國的數值預報核心技術,面臨著一系列的難題。10年如一日,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一步一個腳印推動我國數值預報加速發展:
2010年,GRAPES全球模式和同化的深化改進工作全面開展。
2013年,數值預報創新團隊入選科技部“創新人才推進計劃重點領域創新團隊”。
2014年,高分辨率資料同化與數值天氣模式被確定為國家氣象科技創新工程三大攻關任務之一。
2016年,GRAPES全球預報系統正式業務化運行並面向全國下發產品,這是我國數值預報核心技術實現國產化的重要標誌,也宣告我國從全球預報到區域高分辨率預報核心技術擺脫了受制於人的局面。
2018年7月,帶有四維變分同化系統的GRAPES全球預報系統實現業務運行,標誌著我國業務數值天氣預報同化技術邁入國際前列,成為國際上少數具有自主研發和業務應用四維變分同化系統的國家級預報中心之一。
同年12月,隨著GRAPES全球集合預報系統實現業務應用,我國數值天氣預報體系的版圖補齊了最後一塊“拼圖”,標誌著我國建成了以自主研發的GRAPES為核心的全球、區域確定性和集合預報系統,也標誌著GRAPES終於建成了完整數值天氣預報體系。
“核心技術一定要掌握在自己手裡,10年來我們的目標始終如一。”國家氣象中心主任王建捷說,“現在,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完整自主技術的數值天氣預報體系。”
實現數值天氣預報業務體系應用
2019年7月,GRAPES區域模式實現全國範圍3公里分辨率業務化運行,為全國各地開展局地強對流、極端天氣預報預警工作提供重要支撐。次月,9公里分辨率GRAPES颱風預報系統實現業務運行,“首戰”即成功應對超強颱風“利奇馬”。
以超強颱風級別登陸浙江溫嶺的颱風“利奇馬”可謂2019年汛期的一匹“烈馬”。而在對“利奇馬”的路徑捕捉和預報中,風雲四號A星與GRAPES數值預報隔空星—地互動,彼此成就——
行動中,數值預報中心團隊採用GRAPES全球切線性與伴隨模式,確定未來48小時影響我國東部區域預報的觀測敏感區,設定目標觀測區範圍,並會同國家衛星氣象中心相關團隊,確定目標觀測區。隨後,風雲四號A星調整觀測方式,加密觀測得到的資料,又經過GRAPES全球四維變分同化系統同化應用,有效改善模式的初始場,最終提高臺風路徑及強度預報的水平……這一系列動作只是國家級數值預報業務體系面對複雜天氣過程的一次實踐。
“從2010年到2020年,我們的GRAPES全球數值預報業務可用時效從6天提高到7.5天,快於國際上先進中心同期發展速度。”數值預報中心副主任龔建東說,依靠自主研發建成一套完整的數值天氣預報業務技術體系,我國數值預報不但實現了自主研發、應用、改進、發展的良性循環,全面建立了國家級數值天氣預報業務體系和實現應用服務,還形成了一支高素質、穩定、全技術鏈條的研發和業務應用隊伍。
未來還要在預報精準化上下功夫
氣象衛星資料和應用專家、中國工程院院士許健民表示,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。數值預報模式複雜、系統內部各分量之間聯繫緊密,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,才能完成。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。中國數值預報,在業務天氣預報最為關注的48小時以內時段,已經達到國際先進水平。不久的將來,中國的數值天氣預報一定會和國際上最發達的國家並駕齊驅。
天氣動力學和數值預報專家、中國工程院院士李澤椿說,數值預報中心建成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經濟建設對氣象保障的需求。在引以為傲的同時,應清醒地認識到,數值預報中心面臨任務繁重,還要在預報精準化上下功夫,要與天氣值班預報員結合,在應用上走出有中國特色的氣象服務之路。(記者 袁于飛)
