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四项气象现代化核心技术攻关任务通过评估
——这些年,他们为气象“争分夺秒”

发布时间:2020年12月05日 来源:中国气象报社

  12月1日至2日,四项气象现代化核心技术攻关任务通过终期评估。

  高分辨率资料同化与数值天气模式、气象资料质量控制及多源数据融合与再分析、次季节至季节气候预测和气候系统模式、多尺度气象数值预报模式系统——这四项攻关任务直指中国气象核心技术“卡脖子”问题,关系到我国气象核心竞争力提升。

  刚需

  12月2日上午,“气象资料质量控制及多源数据融合与再分析”攻关任务完成汇报和专家质询环节。

  这个团队花了五年时间,硬生生让中国大气再分析业务“破土而出、拔节生长”,也把不少埋在气象数据里的“坑”填上。在随后的专家评审中,评估组这样评价:

  突破气象资料业务“瓶颈”,发展了面向不同应用的质量控制技术,建成了高质量的百年全球基础数据集和气候数据产品。

  强化了雷达和卫星资料处理与质量保障,风云卫星综合辐射定标精度和定量产品质量提升明显。

  自主研发了多源数据融合核心技术,研发了降水、陆面、海洋、云等融合分析产品。

  从无到有,研制出中国第一代全球大气/陆面再分析产品(CRA-40,1979年至今),质量达到国际第三代同类水平,有效降低了我国气象业务科研对国外同类产品的依赖。

  建成我国第一代东亚区域大气再分析系统,制作形成12公里高分辨率东亚区域再分析数据产品(2008-2018年)。

  ……

  但是这项任务,在2014年启动前曾一度存在争议。

  争议之处在于,欧美国家从上世纪开始发展大气再分析技术,已是跑道上的领跑者,而我国在这方面落后太多,实力堪忧,“能不能做,能不能做成”成了一个残酷而尖锐的问题。因为一旦启动,不仅意味着未来几年要投入大量的人力物力财力,还选择了一个长期的、艰巨的核心攻关方向。

  经过热烈的讨论和严密的论证,决定“非做不可”。因为气象资料工作除了对预报水平提升有重要作用以外,还对于还原大气真实演变历史,研究大气运动规律有重要价值,且很可能被欧美发达国家“卡住脖子”,数个“重要性”叠加,最终促成这项攻关任务启动。

  实际上,其他三项任务从论证到启动至评估,都经历了同样慎重的讨论决策。可以说,这四项攻关任务都是当前气象事业发展的“刚需”。

  除了“气象资料质量控制及多源数据融合与再分析”以外,“高分辨率资料同化与数值天气预报”着眼于发展独立自主的气象“中国芯”,缩小现有国产数值预报与国际先进水平的差距;“气候系统模式和次季节至季节气候预测”是国内外备受关注的气候预测课题,2017年又增加“多尺度气象数值预报模式系统”攻关任务,为下一代数值预报模式系统发展做储备。

  2014年5月,《中共中国气象局党组关于全面深化气象改革的意见》提出实施国家气象科技创新工程;10月30日印发《国家气象科技创新工程(2014-2020年)实施方案》;11月26日,创新工程正式启动。

  2018年,根据《全面推进气象现代化行动计划(2018-2020年)》推进核心技术攻关的要求,创新工程攻关任务纳入气象现代化核心技术攻关推进实施。至2020年终期评估,四项任务以两个“优+”和两个“优”的成绩全部通过评审。

  “项目设计得比较好,相互之间关联性强,体现出中国气象局开展核心技术攻关的大局观。”评估专家组组长、中国科学院院士巢纪平认为,“能够几年不变、坚持推进,是领导层的坚持,也是科研人员的努力。五年时间并不短,每一年都在进步,整体水平都有提升。”

  突破

  气象预报,是一项与时间有关的事业,公众总是盼着能提前预知未来更长久的天气气候变化。

  对于走在预报业务更前面的气象科研,尤其在国内外竞争激烈的跑道上,中国气象核心科技攻关的“争分夺秒”就更急切。

  在过去五年里,以沈学顺为首席科学家的“高分辨率资料同化与数值天气预报”团队,正是为摘取现代大气科学王冠上最闪亮的明珠拔足疾行。

  终期评估专家组对这个团队五年的攻关成果做了如下评价:

  建成了区域/全球一体化的GRAPES数值天气预报完整业务体系,包括25公里分辨率的GRAPES_GFS全球中期预报系统,覆盖全国3公里分辨率3小时快速循环系统,50公里分辨率全球集合和10公里分辨率中尺度集合预报系统,以及台风、沙尘、核应急扩散、海浪等专业数值预报业务系统。

  GRAPES_GFS实现了四维变分同化的业务应用,卫星资料占比达到75%,可用预报时效达到7.6天。

  全面掌握了数值天气预报核心技术,部分技术达到国际先进水平。

  自主研发多矩约束有限体积算法,研制完成了高精度、高分辨率的区域/全球一体化数值天气预报原型系统MCV。

  ……

  “以前,中国天气预报‘搬运’外国技术,而过了五年,我们建立了自主发展的完整链条的数值预报业务体系,实现了气象人多年来的梦想,很不容易。” 终期评估专家组专家、中国科学院院士周秀骥说,“而且发展数值预报一直在路上,我们还要持续做。”

  终期评估专家组专家、中国气象局正研级高级工程师章国材也参加了五年来核心任务攻关历次评估,这次连用几个“很高兴”来表达心情,“取得很多进展,而且有很多自主创新成果,关键是通过攻关真正培养了一支全面掌握数值预报核心技术的专家队伍,可以展望,中国数值预报将可持续发展下去。”

  而以吴统文、张培群为首席科学家的“气候系统模式和次季节至季节气候预测”团队,以周自江等为首席的“气象资料质量控制及多源数据融合与再分析”团队,以及以李建等为首席的“多尺度气象数值预报模式系统”团队,也在争分夺秒——去填过去的“坑”、去填补空白、去将星火连成漫天银河。

  再如,“气候系统模式和次季节至季节气候预测”亦有多项收获:

  研发多个不同分辨率气候系统模式BCC-CSM和地球系统模式BCC-ESM1;研制次季节-季节-年际尺度一体化气候预测的第三代气候模式预测业务系统BCC-CPSv3;建立多模式集合预测系统(CMME)和基于多模式预测结果的动力统计预测系统(FODAS),研制多模式集合概率预测方法(MODES),基本实现以模式产品为基础的次季节至季节无缝隙的客观预测业务。

  发展了针对关键气候现象、环流主模态、东亚主要气候事件和过程等的气候预测技术和方法;针对东亚季风次季节形成机理和变化的研究取得显著进展。

  中国范围的气候预测准确率明显提高。

  ……

  随着一个个难点被突破,一个个目标实现,“创新”不再只是号角,而真正意味着中国气象事业久久为功、厚积薄发。

  前瞻

  与其他三项攻关任务不同,2018年正式组建的“多尺度气象数值预报模式系统”团队还在探索阶段。他们的眼光瞄向的正是气象事业未来最关注的问题。

  事实上,在国际气象界,欧洲中期天气预报中心及美、德、英等国气象局已积极行动,数值模式研发新变革正在进行。

  中国气象局开展顶层设计,也在发问:中国气象事业未来的模样,又将走上何种发展路径?

  在评估专家组看来,或许,“多尺度气象数值预报模式系统”团队能给出一个可能性:

  该攻关任务紧扣当下和未来无缝隙预报预测需求,建立了稳定守恒、高精度、高效率、可进行灵活区域加密的非结构网格大气动力模式原型系统。

  提出了一套适合高分辨率全球大气环流模式使用的尺度自适应物理过程方案配置,分别开展了典型气候模拟分辨率(1度)长期积分和典型天气预报分辨率(0.25度)中期预报试验,确认了模式平均环流特征的正确性和中短期预报对东亚季风区降水模拟的准确性。

  ……

  过去的努力与跋涉,到目前可以画上一个句号或逗号。从无到有,从弱到强,这些成果的取得,并非一日之功,离不开中国气象局党组高瞻远瞩提前谋划,离不开对科技自立自强的坚持,离不开科研团队夙兴夜寐持之以恒,离不开敞开胸怀吸纳各方力量深化合作……在总结过去的同时,我们也离下一个路口越来越近。

  “稳定而持之以恒地推进核心攻关非常重要。”“独立自主的科技创新,远远不够。”“科学是要不断前进,而且一定要走在业务前面。”“一定保持有生的、高水平的力量开展科学研究,这是能够成功的关键。”“最大的机制是对人的投入机制。”……专家们对未来中国气象的建言犹见热血。

  未来的气象征途,注定会更加艰难。但不惧艰难扎实做事,才能在下一个五年迎来新一轮收获。

  (作者:赵晓妮 杨蕾 张军岩 申丹娜 责任编辑:张林)

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