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锻造气象“芯片” 彰显科技“硬实力”
——记中国气象局地球系统数值预报中心全球数值天气预报系统工程技术团队

发布时间:2024年01月19日 来源:中国气象报社

  随着中国气象局全球同化预报系统(CMA-GFS)V4.0正式业务运行,北半球可用预报天数突破8天,全球预报空间分辨率从25公里提升到12.5公里;1公里1小时中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)运行测试评估完成;同化技术跻身国际先进行列,使我国成为国际上为数不多的自主研发全球四维变分同化系统的国家之一……

  随着一个个阶段性成果的落地,数值预报——气象领域的“芯片”和“国之重器”,锻造得更加坚韧有力。这些突破性进展和重大成果,离不开中国气象局地球系统数值预报中心(以下简称“数值预报中心”)人才队伍建设和聚沙成塔般汇聚的科研力量。

    央视新闻丨国家卓越工程师团队·全球数值天气预报系统工程技术团队 精准“解码”地球风云背后的奋斗与坚守

  突破“卡脖子”技术,锻造“国之重器”

  实现气象精准预报的核心技术是数值天气预报模式。锁定“预报精准”“关键核心技术自主可控”,数值预报中心全球数值天气预报系统工程技术团队(以下简称“团队”)深入贯彻习近平总书记关于科技创新的重要论述和关于气象工作重要指示精神,十年磨剑、集智攻关,突破“卡脖子”关键核心技术,建成国际先进水平的数值天气预报系统,推动我国天气预报准确率和防灾减灾能力进一步提升。

  引进国外先进成熟的数值预报模式,还是坚持自主研发国产数值预报模式?“每次面对这道选择题,我们都坚定选择了后者。”团队负责人、中国工程院院士、数值预报中心副主任沈学顺说,“研发具有自主知识产权的数值预报模式,为的就是不被别人‘卡脖子’。”

  长期以来,团队面向国家重大需求,协作攻关,建成以CMA-GFS为核心、区域/全球一体化的国家级数值天气预报业务体系,总代码量超过300万行。

  沈学顺回忆,以前我国引进欧美开源模式,但是无法取得数值预报模式中的关键核心技术,因此数值预报水平长期落后和受限于欧美发达国家。党的十八大以来,团队通过自主创新,突破了一系列关键核心技术,形成以区域/全球一体化高精度非静力模式、全球四维变分同化、区域快速更新三维变分同化、气象卫星和雷达应用为核心的国产数值预报技术体系。其中,四维变分同化系统具备国际先进水平,国产气象卫星等资料的应用已能够保障在极端条件下我国全球数值预报模式系统运行良好。

  弘扬工匠精神,打造气象“芯片工程”

  数值预报模式复杂,系统内部各分量之间联系紧密、环节多,开发工作难度极大,针对分辨率提升、网格数量增多等导致的计算不稳定问题,团队一次次突破瓶颈,不断优化参数,对模式进行“拆解”,提升计算能力、完善模式算法,真正实现预报系统性能全面提升。

  “做模式不是一蹴而就的,尤其在四维变分等方面技术开发难度很大,但团队每个人都踏踏实实的,不为繁华易匠心。就这样,默默地,我们攀越了一座座险峰。”数值预报中心主任龚建东说。

  党的十八大以来,我国数值预报可用预报天数从6.1天提高至8.1天,强降水预报能力已达到国际先进模式水平,卫星资料同化技术不断优化,卫星资料同化占比提高到80%以上,国产卫星发挥的作用越来越大。与此同时,区域模式的分辨率从10公里提升至1公里,更新频率从6小时提升至1小时,暴雨预报和台风路径、强度预报的准确率有较高提升,对冰雹、飑线等小尺度强天气预报性能达到国际先进水平,数值预报业务产品从2012年的5类300多种增加到目前的9类上千种。

  目前,团队建立了全链条0至15天无缝隙数值天气预报业务平台,为各级气象台站和水利部、生态环境部等部门提供预报产品支撑,实现我国天气预报和服务能力的快速提升,使我国台风、暴雨以及西南低涡、东北冷涡等影响下的强对流天气预报准确率全球领先,有力支撑筑牢气象防灾减灾第一道防线。

  这些科技成果在新中国成立70周年庆典、中国共产党成立100周年庆典、北京2022年冬奥会和冬残奥会以及2023年成都大运会、杭州第19届亚运会等重大活动中,发挥了不可或缺的科技支撑作用。

  CMA-GFS作为世界气象中心(北京)的核心支撑,对共建“一带一路”国家提供气象灾害预报预警产品。面向全球战略,提供远洋导航所需全部国产数值预报产品,具备了自主全方位服务保障国家重大战略的能力。

  厚植“沃土”,让人才“顶格”成长

  “作为气象预报的核心基础和气象高质量发展的重要支柱之一,实现数值预报模式自主可控,需要系统谋划和持续支持数值预报人才队伍建设。”数值预报中心党委书记李红山表示。

  今年4月,《中国气象局党组关于加强数值预报人才队伍建设的若干措施》印发,这是中国气象局首次针对重点领域人才队伍专门出台政策措施,通过创新人才工作机制,激发气象科技人才的积极性和创新性,进一步夯实关键领域人才基石。

  数值预报中心精准引才、科学用才、用心留才,全面提升人才工作质效,持续释放人才效能、激发人才潜能,让人才“顶格”成长。一支以中青年为主力的数值天气预报人才队伍建成,上下联动、整体发力、齐抓共管、各司其职的人才工作格局和责任体系应运而生;同时,该中心创新人才评价机制,探索制定支撑数值预报业务全链条研发的技术报告制度,推动科技人才潜心研究和创新。

  “这些保障机制最大程度地调动了团队成员的潜力。团队成员都干劲十足,在一项项科研攻坚中交出完美答卷。”数值预报中心资料同化技术室主任张林说。

  人才“金种子”在肥沃的土壤中落地生根、开花结果——2013年,该团队入选科技部“创新人才推进计划重点领域创新团队”;2021年获国家科学技术进步二等奖和全国专业技术人才先进集体;20余人次荣获全国先进工作者、全国优秀科技工作者、全国三八红旗手、全国巾帼建功标兵、享受政府特殊津贴专家等奖励……

  “未来,我们将让‘风云’更可测,继续发挥“四大支柱”作用,推动我国天气预报准确率和防灾减灾能力大幅提升,全面开展基于下一代模式的地球系统模式研发,加快提升气象科技自主创新水平,为建设气象强国贡献‘芯’力量。”沈学顺坚定地表示。

(作者:唐淼 沈晓琳 责任编辑:刘淑乔)

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