近日，欧洲中期天气预报中心（ECMWF，以下简称“欧洲中心”）发布了其未来10年的战略规划全文，对当前全球气象事业发展所处的时代背景和面临的机遇与挑战进行了梳理，对其提出的主要目标和任务进行了全面分析，并提供了实现目标的渠道和保障措施。本版节选部分主要内容，与读者一起分享。

　　总体目标：

　　通过以下方式，提供成员国和合作国拯救生命、保护基础设施和促进经济发展所需的预报信息：

　　对前沿知识的研究，开发地球系统综合全球模式，致力于将有效预报的时间延长到一年。这将面对数值天气预报中最困难的问题，例如，目前欧洲提前1个月的低水平预报技巧。

　　基于集合预报的业务分析和预报描述了可能出现的天气和发生几率，它提高了质量和业务可靠性的国际门槛。在2016年，中期天气预报技术平均提高到约提前一星期。到2025年的目标是熟练运用集合预报模式，对高影响天气的预报提前两周。通过开发无缝隙的方法，还瞄准提前四周预测大尺度背景场和天气型转变，提前一年预测全球尺度异常场的目标。

　　背景：挑战与机遇 

　　由于人口密度和居住地气候的改变，人们越来越容易受到天气和其他自然环境的影响。 随着天气预报技术的改进，天气预报信息的价值也在提高，同时人们也期待着进一步的改进措施。天气预报不仅能够拯救生命和挽回财产损失，还能为许多经济相关部门规避与天气和气候有关的危害提供机会。这些机会来自科学、 数值预报和用户要求的全面整合。

　　空间地球观测的数据量和多样性在持续大幅增加。欧洲中心依靠欧洲气象卫星应用组织提供高质量卫星观测，同时与它密切合作来优化业务卫星的使用。欧洲中心还开展了与欧洲航天局合作评估新卫星使命的研究。欧洲中心与许多在世界气象组织气象卫星统筹小组的空间机构（来自中国、日本、印度和美国）有密切联系，其中还包括常规观测资料国家提供者。这将使得欧洲中心继续在帮助定义世界气象组织集成全球观测系统里新观测的用户要求和帮助空间机构规划未来方案中发挥积极的作用。

　　欧洲和其他地区的天气和气候科学的学术研究得到了极大发展。私营部门的气象预报水平也已显著提高，并将天气预报（和环境）信息商业化。欧洲中心与同行和世界各地的组织建立伙伴关系的契机随之出现。值得注意的是，气象组织为许多研究和业务预报的协同活动制定了框架，欧洲中心因此也扮演了重要的全球性角色，而不仅仅是对气象组织的战略目标的贡献。

　　就如今数值天气预报而言，决定性预测技术的科学理解已经得到了显著进步。资料同化，各种可能的集成方案以及地球系统子系统对天气的影响是现在天气预报中不可分割的一部分。准确可靠的中期预报只发生在全球短期天气过程中，例如12小时的预报会更精确。这也激发了我们要预测好各个天气要素的斗志。十天不再被视为概率天气预报的限制，基于初值的月和季节集合预报才是未来科学进一步发展的真正机遇。虽然这一战略规划显然基于欧洲中心先前的战略规划，但今天的大环境意味着要直面这些挑战和机遇，全球数值天气预报准备大胆前行。

　　随着新型卫星仪器等新型观测设备的进一步发展，全球数值天气预测逐渐演变成全面的环境预报。环境信息的多样用途和价值与日俱增，正如获取数据一样愈发重要。在引入更多的地球系统子系统时，模式正变得更加复杂。环境监测和预报服务 （例如哥白尼计划）向欧洲中心提供了由气象学经验和研究向业务转化的机会，以便发挥其更为广泛的作用。多项用于相关研究和运营的供应基金将会增强此项战略规划的实施力度。

　　从一开始，高性能计算便是欧洲中心各类活动的关键。成员国对欧洲中心的部分计算设备的利用率已经得到显著增加，现已涵盖研究和业务上的预报。到21世纪20年代，计算性能达到百亿亿次量级，与巨型计算机的架构发展同期增长。欧洲中心一直关注于改变模式代码，使其尽可能高效地工作，但未来对计算和下一代机器特性的要求需要进入另一个层面讨论。无处不在的“大数据”及其与高性能计算的融合，创造了基于建模和数据分析的机遇。

　　图为过去35年ECMWF中期预报技术的发展。曲线显示提供有效信息的预报天数。

　　推进气象科学 

　　欧洲中心的两个主要目标之一是提供能改进业务预报模式的研究。为了达到这一规划中提出的预报质量目标，欧洲中心需要能显著提高对预报模式及资料同化系统技术的研究。欧洲中心将从事气象知识领域的前沿研究，以求发展一个基于地球系统的综合全球模式，以及开发达到提前一年的时间范围内、精确度不断提高的预报产品。这一举措将解决在全球数值天气预报上最困难的问题，同时也可以解决一些特定问题，譬如当前欧洲提前一个月的天气预报技术水平十分低下这一实际问题。

　　为了改进中期预报技术，在未来的十年里有两个最重要的科学目标：一是地球系统模拟，将更高层次的复杂物理化学过程与大气、海洋、海冰和陆地间的相互作用融合进模式中；二是改进预报技术，通过对初始状态更精确的估算，以及对观测和模式相关的不确定性在初始状态和预报两方面一致性的表示。

　　为实现这些目标，欧洲中心将对提前一年全球天气预报的各方面展开研究。研究包括资料同化、模式开发、不确定性估计和地球各子系统的耦合。通过这些研究在气象预报科学前沿探索能进一步提高预报能力和精确度的新方法。欧洲中心将通过国际合作开展该项研究，对象包括成员国、合作国以及全世界的气象服务机构、大学和计算中心。尤其需要说明的是，欧洲中心将积极参与世界天气研究计划，关注高影响天气、极地预报和次季节至季节预报三个主要项目。欧洲中心也将在世界气候研究计划中与天气预报目标相关的领域开展工作。

　　为了评估欧洲中心研究的影响，特别是其对全球研究共同体的影响，我们制定了一个量化的目标，包括出版、引用和项目申请成功率，特别强调的是合作研究的绩效指标。通过资料同化，观测信息将被用于减少初始状态的不确定性。

　　发布全球预报 

　　欧洲中心的另一个主要目标是向合作方及欧盟成员国提供业务上的天气预报。它提供的一系列基于集合预报的分析与预测，描述可能发生地天气现象的范围和几率。这类产品提高了产品质量的国际标准和业务可靠性。到2016年，平均而言，中期天气预报技术水平大约可以延伸到一个星期。而我们的目标是在2025年前做到提前两个星期预报高影响天气。通过开发无缝隙（seamless）方式，我们希望能够提前四周预测出大尺度天气形势以及天气型改变，并提前一年预测全球尺度的异常气候。

　　欧洲中心发布预报有两项主要目标，一是创建完全综合的集合系统；二是评估预报质量。我们计划通过两方面实现这些目标，一方面能够通过在整个预报系统的各个部分中全面推行集合预报方法，来帮助欧洲中心更好地解决自身预报的不确定性问题；另一方面，通过开发一组概率判别得分，来帮助监测和改进欧洲中心的预报技巧。

　　为进一步提高预报高影响天气的能力，我们旨在运行一个可以延展到两周的高分辨率集合系统。一个基于科学、可计算的和可伸缩性的宏伟目标是使该系统在2025年前达到约5千米的水平分辨率。欧洲中心成员和合作国家指出，严重影响人身及财产安全的天气现象多发生在几千米之内的尺度上，而高分辨率对于该类现象的模拟是至关重要的。同时，高分辨率的好处关键在于通过借鉴各类更准确的观测资料，减少初始条件的误差，从而提高数值计算准确性——特别是在改善地面天气要素的描述中。集合方法的产生，主要是由于固有的预测不确定性以及充分捕捉极端天气概率的必要性，以达到减小其潜在灾难性后果的目的。

　　预测恶劣天气和天气型转变对欧洲中心的成员及合作方而言尤为重要，欧洲中心将积极应对相关的预测挑战并寻求发展。未来十年的战略目标是将具有经济和社会方面价值的极端风速预测和降水预测水平从现在的仅一周提高到超过一周。另一个目标是将现有的对极端气温大致两周的预报能力，提高至平均提前三周预测热浪和寒潮。预测的时效性和运行可靠性，对欧洲中心成员而言至关重要，并将长期处于较高地位。欧洲中心将通过欧盟成员国和合作方的努力，及时提高预报水平，并加强对生命和财产的保护。

　　　维持高性能计算 

　　欧洲中心需要高性能计算资源来策划研究和进行业务预测。针对未来十年的计算资源，我们面临两个主要挑战：一是可扩展性，为高效利用可获取的计算能力，计算机代码必须是可扩展的；二是提供可以在节能和环境可持续方式下实现有利于科技创新的高性能计算设施。

　　高性能计算能力对欧洲中心的研究和预测起着重要作用。解决可扩展性问题是十分有必要的，这可以使我们有效利用未来的计算技术并继续提升预报技能。

　　面向高分辨率地球系统模拟的演变衍生了在扩展性和操作方面的挑战，这样的挑战将由真正意义上新的科学和计算方法来解决。从观测输入到预测模拟、产品生成再到最终对成员国用户提供预报的过程中，可扩展代码都必不可少。

　　可用、有效、适应性强的高性能计算与数据档案设备是欧洲中心成功提供研究与操作策略的关键因素。计算技术在研究中是科学的促成者，也是研究创新的驱动者。高性能计算正在飞速发展，如加速系统的使用与高记忆轻核带宽的使用等新的范式相继出现。故欧洲中心将与主要供货商维持紧密的联系，以便于理解他们的技术路线图，并从中受益，同时与可能出现的新的突破性科技共同进步。新型计算机架构的成功开发，会十分依赖于可扩展性计划的产出。

　　眺望下一个十年

　　欧洲中期天气预报中心理事会主席格哈德·亚德里安（Gerhard Adrian）

　　四十年以前，创办欧洲中心的公约开始生效。一批欧洲国家决定开展有助于公民和经济发展的天气科学合作，并且集中所有资源创建当时唯一一个数值天气预报中心。作为一个发展中的研究所和全天候的运营中心，欧洲中心设置了非常高的门槛，同时为成为一个具有导向性的成功国际组织奠定了基础。

　　如今，回望越来越多的国家取得的成果，我们不禁为过去的愿景已成为今天的现实而感到骄傲。世界普遍认可欧洲中心在全球数值天气预报创新和实践方面的领先地位。欧洲中心的预报质量被公认为世界最高，它如今能提前6天做准确预报，30年前能提前3天做准确预报。这些预报的空间分辨率相比初始时细化超过20倍。欧洲中心的每日预报覆盖了34个国际气象服务机构和合作成员国以及世界各地国际合作伙伴。我们将一如既往地支持气象服务，并且通过世界气象组织的众多项目，与一些非常贫穷的国家共享关乎民生的气象数据。

　　2016年到2025年，我们战略规划的基础可以概括为两个词：更多和合作。回望已经取得的成就，实施这一战略规划是走向成功的必经之路。欧洲中心的成员及合作国家共同决定了未来的发展方向。它们资助了欧洲中心里来自超过30个国家的工作人员，大家共同分享来自世界各地客座专家的知识、经验和见解，与做关键测量的空间研究机构建立联系。更多合作才可能面对未来更为重大的挑战，提前两周预测高影响天气，将大尺度天气形势和天气型转变预测提前到4周，把全球尺度异常的预测提前到一年。

　　欧洲中心如今的愿景与成立之初还一样吗？答案是否定的。因为全球气象预报科学已经大步前进。例如，在欧洲中心刚成立的时候，在一天内使用超过70台卫星仪器观测到超过4000万观测资料是很难想象的，我们也没有信心提供可靠的集合预报预测结论。

　　尽管现在已经取得了许多成就，但这是远远不够的。所以提前预警是必须的，同时随着预报能力的提升，因为极端天气事件失去的生命会更少，遭到破坏的生计会更少，而国家和区域经济体能从遭受到洪水、热浪、寒流、热带气旋和风暴等冲击后的瘫痪状态更快地恢复。

　　这一合作战略规划的发展，必将提供越来越多以人为本的天气预报。它将改善欧洲的长期预报能力，同时帮助到需要帮助的人，例如紧急服务中的公共机构和广大公民，以我们置信水平不同的预报信息作为工具，进行决策。

　　我们已然拥有先进的科学和进步的预报水平，但更多的工作等待着我们去做，我们已经做好直面挑战的准备。

　　　　（来源：《中国气象报》2016年10月12日三版 作者：李博、陈鹏飞 责任编辑：吴鹏）