沈学顺，中国气象局地球系统数值预报中心首席科学家。他主持构建了我国自主、完备的数值天气预报科学与工程技术体系，主持建立了国家全球/区域一体化数值天气预报业务系统（GRAPES，现为 CMA模式），主持研制了下一代天气气候一体化高精度可扩展大气模式原型系统。其主导的自主数值天气预报模式的创新发展和核心技术研发工作，为推动我国数值天气预报科研和业务自主创新作出重要贡献。2020 年，沈学顺被评为全国先进工作者，2023 年当选中国工程院院士。

2011年，沈学顺在第一次数值预报国际科学指导委员会上发言。 受访者供图

数值天气预报是20世纪最具影响力的科技进步之一。

大气在流动，数值预报百年发展亦如同川流不息的河水，表面看似平静无波，水面之下则汹涌澎湃。100多年里，无数人前赴后继，跃入这平静但始终向前流淌的河流。沈学顺，就是其中之一。

交汇点

数值预报是什么？

“很简单，就是用计算机算天气。以前大家都是看天气图，用统计的办法做一些推理，然后去预报，就像中医号脉一样，现在则是在计算机里基于数学物理方法客观定量计算未来天气演变。”沈学顺说。

逻辑上很简单，但做成，并不简单。

数值天气预报起步稍晚些，其理论雏形可追溯至20世纪初，真正实现业务化应用则始于20世纪中期——20世纪50年代人类历史上第一次基于数值模型的天气预报试验成功，20世纪70年代数值预报开始进入发展应用阶段。如今，数值预报已成为一个跨学科的复杂而严格的系统性工程。

我国是国际上较早开展数值天气预报的国家之一。研究始于1954年，20世纪70年代后期开始，进入自主研制数值天气预报模式的热点时期。“七五”期间，以从欧洲中期预报中心引进的全球谱模式为核心，我国在国产银河大型机上建立了T42L9全球预报系统，并于1991年投入业务运行。之后系统几经升级，支撑了中国的预报业务与服务。

20世纪末至21世纪初，中国气象局做出未来数值天气预报业务发展技术路线由引进为主转为自主开发为主的重大决策，开启了中国新一代数值天气预报系统的自主开发工作。

此时，青年沈学顺的人生道路与这项事业交会。

1983年，他被兰州大学地质地理系录取，攻读气象学专业。4年后，凭借专业年年第一的优异成绩，被推免至兰州大学大气科学系攻读天气动力学专业硕士学位。最终，他选择了数值预报方向，“觉得很有发展前途，用计算机能够把天气算出来，还是很神奇的。”

1992年，沈学顺前往日本求学。毕业后，他在东京大学气候系统研究中心担任助理研究员、文部教官。

2001年，时任中国气象科学研究院院长张人禾到日本参加学术研讨会。沈学顺得知，中国气象局成立了数值预报创新基地，要自主研发数值天气预报系统。张人禾征询沈学顺意见，问他愿不愿意回国。

“我说这是好机会！后来就这样回来了，很简单。”沈学顺说，“作为一个中国人，想回来为国家做点事情。”

大道与细节

2002年，回国之后的沈学顺来到了新的路口——这同样是中国数值天气预报之路的新交叉口。

“我们要有能力，把我们国家自己的数值预报做好。”简单一句话，背后却是不简单的长远考量，“这是气象部门的核心科技，掌握在我们自己手里，相当于我们国家具备了这一方向的科技实力。”

自2002年10月起，沈学顺担任中国气象局数值预报创新基地首席研究员 。那时基地不过一二十人，他们的任务是研发我国自己的新一代全球/区域多尺度通用同化与数值预报系统，即GRAPES模式（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System，后发展更名为CMA模式，即中国气象局模式）。

如何在深入理解和借鉴国外先进经验的基础上，搭建适合我国国情的数值预报系统，是GRAPES模式研发之初面临的重要问题。经多方调研，充分考虑了计算机发展等前沿趋势，合适的技术路线得以确定。“最优先考虑的是先把模式转起来，有些技术方案的核心问题能够解决得扎实一点。”

各关键环节计算方案的推敲、试验、验证贯穿于承担任务各小组的整个研发过程中。有时，一个微小的细节问题就可能导致模式整体性能下降，甚至导致全部过程推倒重来，而团队始终没有动摇。

团队骨干张林从2004年开始在沈学顺带领下开展工作，“与引进、消化、吸收的路径相比，自主研发路径虽然起点较低，但每一步都是自己走的，我们清清楚楚地了解其中的问题，包括优点、缺点和改进的方向，只有掌握自主技术研发能力，才能实现可持续发展。”

最大的支持来自中国气象局党组始终坚定不移坚持自主研发的决心。这如同定海神针，对稳定整个团队的信心起到了非常重要的作用。

2006年，GRAPES区域数值预报业务系统（GRAPES-Meso）正式投入业务运行，这意味着从模式到同化、有限区/全球一体化的研究与业务通用的数值预报系统成功建立，促成了我国数值预报模式成功研发。

2007年7月，GRAPES模式的研发全面进入全球模式系统发展阶段。

他们坚信，自己正走在一条正确的道路上。

十年又十年

2010年，中国气象局数值预报中心成立，作为国家气象中心的组成部分。“瞄准的就是全面业务化。”沈学顺当时任该中心副主任和首席科学家。

数值预报的研发涉及科学和技术的不断进步和相互促进，是一个科学技术的交叉积累的过程，注定征途漫漫。

团队骨干韩威从2005年加入数值预报自主研发，到2016年，12年里他的文章和“成果”几乎为零。

“研发长周期的数值天气预报系统工程，如同长征，即使在最困难的时候，我也没有想过放弃，而是选择坚守GRAPES研发阵地。”后来，韩威发表的论文数量不仅大幅攀升、被引次数更是不断上涨，他也收获了奖励和荣誉。

2008年，GRAPES全球四维变分同化系统研发工作启动。这是提高全球数值天气预报水平的关键技术之一，该领域在国内尚属空白，缺少技术积累和知识储备。在很长一段时期里，沈学顺与团队成员一边探索基础理论、一边进行各种研发调试。

坚持，终于迎来了收获。

2016年，正式业务化运行并面向全国下发产品的GRAPES全球预报系统，被视为我国数值预报技术体系实现国产化的重要标志，也宣告我国基本掌握了从全球预报到区域高分辨率预报的系列数值预报核心技术。

2018年，全球四维变分同化系统实现业务化，我国进入资料同化技术主流行列，成为继欧洲中期天气预报中心、法国、英国、加拿大和日本之后，全世界第6个自主建立四维变分同化系统的业务中心。

现在与未来

2021年9月30日，中国气象局地球系统数值预报中心成立。“成立这个中心，是中国气象局党组看准未来数值预报不仅是数值天气预报，要更好地精细服务各行各业，必须发展地球系统数值预报技术。”当时，沈学顺任该中心副主任。

2024年3月19日，中国气象局下一代大气数值模式正式发布。该模式采用以完全自主的多矩约束有限体积方法为基础算法，进一步提升全球公里级和区域百米级尺度数值预报的精度，显著减小全球天气气候一体化模式误差，并且可充分应用最新超级计算机的并行计算性能。

当人们还在赞叹他们的成绩时，他们已向着新目标走出很远。

近年，人工智能迅猛发展，其在气象领域的应用备受关注。“天气预报或气候预测业务，需要实现3个目标，一是算得准，二是算得快，三是算得久。那么，人工智能怎么嵌进去，在提高计算精度等方面如何发挥作用，都是我们需要思考和探索的。”在沈学顺办公室门外的走廊上，新一代大气数值模式研发的路线图和时间表已经挂出来。

新的潮流不断涌入数值预报之川，百年前的涓涓细流，如今已成大江大河，奔涌向前。沈学顺充满信心和期待：“模式的分辨率会很高，计算机会算得更快、算得更准，整个系统会更稳定，肯定比现在数值预报的能力要上一个大台阶！”

（作者：赵晓妮 责任编辑：张林）