智慧氣象的前世今生

2020-12-17 中國氣象局

當代篇:

日新月異 實現質的飛躍

  從原則上說,預報問題可歸結為求解數學物理方程。如果能實現它,則天氣預報就是客觀的和定量的,可以上升到科學理論。而賦予人們「預知未來能力」的,是科學和技術缺一不可的快速變革。

  上世紀,氣象學啟動了「加速度」,開始向科學時代飛速邁進。

  在觀測方面,經過60多年的發展,我國基本建成地基、空基和天基相結合,門類比較齊全,布局基本合理,監測功能比較強大的現代綜合氣象觀測系統,實現了從地面到高空、從大氣物理到地球生態環境、從手工到自動化的歷史性跨越。

  1949年新中國誕生後,開始大規模建設氣象臺站,到1960年,氣象臺站一度達到3240多個,常規地面氣象觀測業務迅速展開。到1963年,全國探空站全部採用國產59-701高空氣象探測系統;從2002年開始,以國產L波段雷達一電子探空儀系統進行了全面更新。

  天氣雷達始建於20世紀60年代後期,到80年代初,形成了由50多部各種型號天氣雷達組成的觀測網。到90年代初,建成了由60部S波段和C波段數位化天氣雷達組成的雷達監測站網。到2018年初,完成了198部S波段和C波段新一代天氣雷達系統建設,形成了基本覆蓋全國的都卜勒天氣雷達監測網,新一代天氣雷達網整體實力達到國際先進水平。

  中國從1969年開始對氣象衛星理論和技術方法研究,同時開展了對國外氣象衛星接收和資料分析應用業務。到20世紀80年代中期,基本建成氣象衛星資料地面接收處理系統,1988年中國極軌實驗氣象衛星「風雲一號」(FY-1)成功發射,地面接收處理系統順利完成了資料的接收處理任務。至2018年初,中國先後成功發射了16顆極軌氣象衛星和靜止氣象衛星,建立了連續穩定運行的風雲氣象衛星觀測業務系統,實現了「多星觀測、在軌備份、適時加密」的業務布局。

  在預報預測方面,我們也感受到日新月異的變化。新中國成立之後,開始組建天氣預報業務。1950年3月成立中央氣象臺,並與中國科學院地球物理研究所組建了「聯合天氣分析預報中心」,開始製作全國大範圍的天氣預報。中國的中、長期天氣預報業務創建於20世紀50年代初期。1950年冬,聯合天氣分析預報中心開始運用自然天氣周期預報方法試做中期天氣預報。1951年初,以「歷史演變方法」為主,正式試製長期天氣預報。

  早在1954年,中央氣象臺就開始了數值天氣預報的理論研究。1959年首次算出了歐亞範圍的正壓500hPa 形勢預報。1965年3月正式向全國發布48小時500hPa形勢預報。1983年建成了中國第一個全自動化數值預報業務系統,中國的天氣預報技術從此開始向客觀化、定量化、自動化方向邁進。經過此後20多年的努力,中國已初步建立了由全球模式、區域模式、中尺度模式和颱風海洋模式組成的數值天氣預報業務系統,預報可用時效達到7天,暴雨和颱風路徑預報準確率已達到發達國家的同等水平。中國當前的天氣預報已形成了由國家、區域、省、地、縣5級有機結合的業務系統,實現了以數值天氣預報產品為基礎、以人機互動處理系統為平臺、綜合應用多種技術方法的天氣預報業務重大變革。

  20世紀80年代前,中國的氣候業務主要開展氣候資料的收集加工、整編出版、分析應用、歸檔管理等工作。進入80年代後,中國氣候業務快速發展,逐步形成了集資料加工處理、氣候監測診斷、短期氣候預測、氣候影響評價、氣候資源管理、氣候應用服務和氣象檔案管理為一體的氣候綜合業務系統。

  進入21世紀以來,高性能計算機和國家級存儲檢索系統、業務骨幹網絡、氣候開放實驗室和大氣化學實驗室的建立,氣候業務能力顯著增強。中國第一代動力氣候模式預測系統投人業務。

  中國的氣象通信也經歷了無線電莫爾斯通信、有線電傳、無線傳真廣播、自動化通信等階段。

  20世紀50年代到70年代,中國氣象通信主要採用無線電莫爾斯通信技術傳輸氣象信息。1957年開始採用人工打鍵作孔等方式,把過去手工記錄在紙張上的氣象資料轉換在卡片、紙帶上,供計算機分析統計,中國氣象資料信息化業務從此起步。1983年北京氣象中心引進小型電子計算機進行業氣象資料處理試驗成功,並開始布點。1995年實現了全國地面氣象信息化資料的計算機通信傳輸,同時,國家級氣候資料處理相繼建成了地面、高空、太陽輻射資料數據集和地面資料分布式資料庫及應用服務系統。

  1980年,北京氣象通信樞紐系統投入業務運行,這是中國第一代自動化氣象通信系統。1991年,北京氣象中心擴建工程投入運行,形成了中國第二代氣象通信系統,標誌著氣象通信從計算機通信向計算機網絡邁進。1999年,氣象衛星綜合應用業務系統全部建成投入業務運行,全國氣象部門形成了一個空中和地面相結合、專網和公網相結合,以衛星通信為主、地面通信為輔,以專網為主、公網為輔的集中控制、分級管理的氣象信息骨幹網絡,標誌著中國第三代氣象通信系統已經形成。

  進入21世紀之後,引進了總計算能力峰值達到1700多萬億次的高性能計算機系統和海量存儲系統,組成了更高水平的氣象信息網絡系統。氣象用於業務和科研的計算能力比「九五」提高了16000多倍,使氣象信息綜合應用能力顯著提升。(本報記者盧健根據《中國氣象百科全書》整理,部分數據有更新)

(責任編輯:劉佳)

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