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聚焦科技创新:科研的生产力实实在在看得见

来源:中国气象报   发布时间:2016年09月22日08:13
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中国气象报记者 张格苗

  2014年6月,在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上,国家主席习近平与在座院士剖析过一个问题:为什么从明末清初开始,我国科技渐渐落伍了。他分析指出:“科学技术必须同社会发展相结合,学得再多,束之高阁,就不可能对现实社会产生作用。”习近平下决心点燃科技创新的引擎,就是因为“多年来,中国一直存在着科技成果向现实生产力转化不力、不顺、不畅的痼疾”。

  两年多后的今天,万众创新、大众创业的热情已经被点燃,一个致力于将科研成果变成生产力的时代正在到来。气象行业也在这样的时代热情中画出了重要的一笔。中国气象局局长郑国光多次鼓励和要求“建立创新机制,引领业务与科研相结合”“认真分析科研业务结合、科技成果转化等重点领域、关键环节的体制机制问题,找出原因和问题所在”等。

  今年8月23日,中国气象局出台《加强气象科技成果转化指导意见》,通过明确科技成果转化政策、流程、具体措施等,完善气象科技成果转化机制,促进科技成果转化为现实业务。

  在此之前,中国气象学会于2015年开始设立气象科学技术进步成果奖,2015年和2016年累计有20个科研成果获奖,而获奖的重要标准就是气象科研成果在实际业务服务中的转化和应用成效。这些成果历时数年,已应用于气象监测、预报、服务的方方面面,成为气象行业推进、鼓励科研成果转化初见效益的典型案例。

监测:从卫星到雷达,不断矫正“天眼”视力

  在我国气象观测网中,除了传统的气象自动观测站,近年来,卫星和天气雷达成为气象监测的重要手段。而与之相关的新技术研究成果也融入了监测业务,成为促进业务发展的重要驱动力。

气象卫星强对流判识图像

  以“自旋稳定气象卫星高频次区域观测技术”项目为例,气象科研人员2011年利用退役的FY-2C卫星首次实现了我国静止气象卫星10分钟频次的区域观测。2012年研究成果在FY-2F星地系统中实现业务化,研究人员开发出6分钟的高频次区域观测新业务,使得我国静止卫星及仪器设计在与国际水平相差一代(约20年)差距的前提下,观测时效接近国外现役静止轨道业务卫星。

  该技术利用区域观测图像定姿、基于卫星姿态预报、基于粗精姿态关系模型的综合区域观测图像定位算法,实现了区域观测模式卫星姿态的精确确定和区域观测图像的精确定位,解决了连续区域观测下的图像定位算法、业务测控、星地系统协同调度等一系列难题。

  3年多来,高频次观测资料在全国气象部门得到广泛应用,先后有15个省(自治区、直辖市)气象局根据各种气象灾害监测及重大气象保障服务的要求,共紧急启动50多次的FY-2F卫星高频次区域加密观测任务,为重大气象灾害监测、抗震救灾、国内重大赛事与会议、科学考察等气象保障服务提供了重要支持与保障,获得了来自用户及社会各界的积极评价与肯定。

  而另一项研究成果“便携式新一代天气雷达测试与故障检测平台”,通过对中国气象局在网业务新一代天气雷达的运行及故障案例进行了深入的整理分析,集成了测试与故障检测过程中常用仪器仪表,降低了雷达台站对价格高昂、体积庞大、携带不便的设备的依赖性;通过专家知识库和故障诊断流程的有机结合,缩短了雷达故障排除时间,提高了雷达预警的效率。平台的雷达回波模拟功能,解决了目前雷达测试中难以回波定量分析的难题,将是未来中国气象局雷达定标测试中的重要环节之一。

  经过三年的试用改进,该平台已在湖北、甘肃和云南等省气象局得到了业务推广应用,前景广阔。

预报:从天气到气候,努力破解预测难题

  “天有不测风云”是中国古语。利用现代科研成果,气象科学家希望能辨别出复杂天气气候变化的科学规律,从而提高气象预测水平。

  我国自主研发的水平分辨率为25公里的GRAPES全球数值预报系统于2016年6月1日实现业务化运行,平均可用时效超过全球业务模式T639,达到7.3天。GRAPES区域数值预报业务系统水平分辨率由15公里提升至10公里,实现了非常规观测(卫星导风、掩星折射率、地基GPS-PW等)同化应用的零突破。

  水平分辨率为15公里的GRAPES区域集合预报系统实现业务化运行,并向全国提供中短期概率预报产品。华北、华东和华南区域气象中心相继建立了水平分辨率3公里到9公里区域高分辨率数值模式及其快速循环同化预报业务系统。它的格点场产品在年内将通过数值预报云平台实现全国共享,为省级精细化格点化预报和强天气短时临近预报提供重要技术支撑。

  此外,我国自主研发的气象信息处理系统MICAPS4.0在2016年6月5日开始正式运行。它利用“大数据”数据存储与应用,在国内率先实现全部海量气象数据从文件系统至云数据库的彻底迁移,革命性的技术突破达到国际尖端水平,首创气象大数据分布式实时流式解析技术,实现数据“产生即可见”的高速加工流水线,首创气象大数据分布式存储解决方案,保证全部数据毫秒级查询;将先进信息技术与现代天气预报技术紧密结合,提升气象数据的综合显示与分析能力,结合预报员使用习惯,为预报量身定制了数据应用场景,提供了更精细的地理信息数据综合应用,为决策及精细化预报服务提供支持。

台风与海洋气象预报中心预报员正在研判台风发展趋势。

  目前,MICAPS4.0系统已经替代原有的预报平台,成为中央气象台统一的天气预报制作平台;基于MICAPS4.0框架的灾害性天气短时临近预报业务系统(SWAN)2.0版本、精细化预报订正平台也已在全国进行推广使用,为精细化预报提供了有力支撑。此外,MICAPS4.0作为“核高基”成果,参加了国家“十二五”科技创新成就展。

  在更长的时间尺度上,动力-统计集成的季节气候预测系统(FODAS)的应用与推广为我国气候预测作出了重要贡献。FODAS充分吸收了动力学和统计学方法的优点,形成提高短期气候预测准确率的一种新思路;首次提出了将气候变化的研究成果转化到短期气候预测中,探索了季节变化对全球变暖的响应及其在气候预测中的应用,重建了在全球变暖背景下中国东部地区夏季三类雨型预测概念模型等。

  基于FODAS系统,国家气候中心成功预测了2009年到2014年中国区域汛期降水,连续6年很好地把握了我国夏季的主雨带特征,连续6年降水评分超过70分,为国家防灾减灾的重大需求提供了科技支撑。

服务:从交通到农业,触角伸向各行各业

  天气变化几乎影响到各行各业,因而气象服务也就拥有了广袤的天地。近年来,由于经济的发展,灾害性天气在各行各业的影响也被放大,从而产生了更加精细化的需求。对此,气象科研的触角也在需求的牵引下伸向了各行各业。

  “公路交通高影响天气监测、预警和服务技术研究及应用”是从设立之初便有明确服务方向的项目之一。项目团队以公路交通高影响天气为重点,研发了一系列交通气象监测、预警预报及服务技术成果,创立了交通气象科研、业务和服务一体化模式;在国内率先建立了公路交通气象业务体系,建设了我国公路交通气象规模化科研创新基地和省级技术示范工程,在全国层面得到广泛推广和应用。

  该项目在交通气象服务效益评估中也显示了突出的成效。如,在2008年公路交通气象服务效益评估中,沪宁高速公路气象服务效益调查评估结果显示,每年气象服务产生的直接经济效益为600万元,投入产出比为1:8.3,至少可以避免17.6%的损失。据江苏省公安厅统计,2010年至2012年江苏公路交通流量年上升了15.9%,但特重大交通事故发生率下降了28.4%,交通事故人员死亡率下降了40%,气象服务功不可没。

  在农业领域,针对近年来经济林果业的发展,“北方果树(苹果、梨、桃、杏、李子)霜冻灾害防御关键技术研究与应用”给农民带来了很大帮助。该项目运用试验、模拟、GIS空间分析和系统分析方法,将信息、工程、生物技术相结合,揭示了中国北方霜冻发生规律和变化趋势,制作了北方以及宁夏主要果树霜冻风险区划图,揭示了果园气温时空分布规律,建立了省级霜冻监测、预报和预警业务系统,发展了果树霜冻防御技术体系,提出了物理、化学、工程防霜和霜后补救等防霜技术规范8套并推广应用。

贵港气象局指导农民抗击霜冻灾害。

  此外,该成果还形成了《北方果园霜冻防御》等专著和科普手册,将防御霜冻的知识和服务送进了决策部门,也送到了千家万户,在宁夏、河北、甘肃、陕西等省(自治区)的8200亩土地上推广防霜技术,经济效益达2126.3万元,技术辐射带动果树防霜面积达12000余亩。

  在2016年,从监测、预报到服务的所有业务还感受到了信息化的力量。目前,国家、省两级基础设施资源池及其承载的统一数据环境CIMISS已经建设完成,并实现业务化,推动了现代气象业务向“云+端”模式集约化转变,气象数据更加标准多样,气象信息更加权威统一,资源利用更加节能高效,信息流程更加简约顺畅。

  这些实实在在的效益,是气象科研成果走向业务、服务,转化为推动社会前进力量的佐证。当然,这只是个开始,在科研业务成果转化这条路上,仍有无数观念要更新,无数壁垒要破除,但历史的车轮滚滚向前,在这样的时代背景下,生产力会成为科研永恒的生命力。

  (来源:《中国气象报》2016年9月22日四版 责任编辑:张林)

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