劍指中國氣象核心技術「卡脖子」問題,他們爭分奪秒!

2020-12-23 中國氣象局

12月1日至2日,四項氣象現代化核心技術攻關任務通過終期評估。

高解析度資料同化與數值天氣模式、氣象資料質量控制及多源數據融合與再分析、次季節至季節氣候預測和氣候系統模式、多尺度氣象數值預報模式系統——這四項攻關任務直指中國氣象核心技術「卡脖子」問題,關係到我國氣象核心競爭力提升。

剛需

12月2日上午,「氣象資料質量控制及多源數據融合與再分析」攻關任務完成匯報和專家質詢環節。

這個團隊花了五年時間,硬生生讓中國大氣再分析業務「破土而出、拔節生長」,也把不少埋在氣象數據裡的「坑」填上。在隨後的專家評審中,評估組這樣評價:

突破氣象資料業務「瓶頸」,發展了面向不同應用的質量控制技術,建成了高質量的百年全球基礎數據集和氣候數據產品。

強化了雷達和衛星資料處理與質量保障,風雲衛星綜合輻射定標精度和定量產品質量提升明顯。

自主研發了多源數據融合核心技術,研發了降水、陸面、海洋、雲等融合分析產品。

中央氣象臺會商室綜合預報平臺

從無到有,研製出中國第一代全球大氣/陸面再分析產品(CRA-40,1979年至今),質量達到國際第三代同類水平,有效降低了我國氣象業務科研對國外同類產品的依賴。

建成我國第一代東亞區域大氣再分析系統,製作形成12公裡高解析度東亞區域再分析數據產品(2008-2018年)。

……

但是這項任務,在2014年啟動前曾一度存在爭議。

爭議之處在於,歐美國家從上世紀開始發展大氣再分析技術,已是跑道上的領跑者,而我國在這方面落後太多,實力堪憂,「能不能做,能不能做成」成了一個殘酷而尖銳的問題。因為一旦啟動,不僅意味著未來幾年要投入大量的人力物力財力,還選擇了一個長期的、艱巨的核心攻關方向。

經過熱烈的討論和嚴密的論證,決定「非做不可」。因為氣象資料工作除了對預報水平提升有重要作用以外,還對於還原大氣真實演變歷史,研究大氣運動規律有重要價值,且很可能被歐美發達國家「卡住脖子」,數個「重要性」疊加,最終促成這項攻關任務啟動。

實際上,其他三項任務從論證到啟動至評估,都經歷了同樣慎重的討論決策。可以說,這四項攻關任務都是當前氣象事業發展的「剛需」。

除了「氣象資料質量控制及多源數據融合與再分析」以外,「高解析度資料同化與數值天氣預報」著眼於發展獨立自主的氣象「中國芯」,縮小現有國產數值預報與國際先進水平的差距;「氣候系統模式和次季節至季節氣候預測」是國內外備受關注的氣候預測課題,2017年又增加「多尺度氣象數值預報模式系統」攻關任務,為下一代數值預報模式系統發展做儲備。

2014年5月,《中共中國氣象局黨組關於全面深化氣象改革的意見》提出實施國家氣象科技創新工程;10月30日印發《國家氣象科技創新工程(2014-2020年)實施方案》;11月26日,創新工程正式啟動。

2018年,根據《全面推進氣象現代化行動計劃(2018-2020年)》推進核心技術攻關的要求,創新工程攻關任務納入氣象現代化核心技術攻關推進實施。至2020年終期評估,四項任務以兩個「優+」和兩個「優」的成績全部通過評審。

「項目設計得比較好,相互之間關聯性強,體現出中國氣象局開展核心技術攻關的大局觀。」評估專家組組長、中國科學院院士巢紀平認為,「能夠幾年不變、堅持推進,是領導層的堅持,也是科研人員的努力。五年時間並不短,每一年都在進步,整體水平都有提升。」

突破

氣象預報,是一項與時間有關的事業,公眾總是盼著能提前預知未來更長久的天氣氣候變化。

對於走在預報業務更前面的氣象科研,尤其在國內外競爭激烈的跑道上,中國氣象核心科技攻關的「爭分奪秒」就更急切。

在過去五年裡,以沈學順為首席科學家的「高解析度資料同化與數值天氣預報」團隊,正是為摘取現代大氣科學王冠上最閃亮的明珠拔足疾行。

終期評估專家組對這個團隊五年的攻關成果做了如下評價:

建成了區域/全球一體化的GRAPES數值天氣預報完整業務體系,包括25公裡解析度的GRAPES_GFS全球中期預報系統,覆蓋全國3公裡解析度3小時快速循環系統,50公裡解析度全球集合和10公裡解析度中尺度集合預報系統,以及颱風、沙塵、核應急擴散、海浪等專業數值預報業務系統。

GRAPES_GFS實現了四維變分同化的業務應用,衛星資料佔比達到75%,可用預報時效達到7.6天。

全面掌握了數值天氣預報核心技術,部分技術達到國際先進水平。

自主研發多矩約束有限體積算法,研製完成了高精度、高解析度的區域/全球一體化數值天氣預報原型系統MCV。

……

「以前,中國天氣預報『搬運』外國技術,而過了五年,我們建立了自主發展的完整鏈條的數值預報業務體系,實現了氣象人多年來的夢想,很不容易。」 終期評估專家組專家、中國科學院院士周秀驥說,「而且發展數值預報一直在路上,我們還要持續做。」

終期評估專家組專家、中國氣象局正研級高級工程師章國材也參加了五年來核心任務攻關歷次評估,這次連用幾個「很高興」來表達心情,「取得很多進展,而且有很多自主創新成果,關鍵是通過攻關真正培養了一支全面掌握數值預報核心技術的專家隊伍,可以展望,中國數值預報將可持續發展下去。」

而以吳統文、張培群為首席科學家的「氣候系統模式和次季節至季節氣候預測」團隊,以周自江等為首席的「氣象資料質量控制及多源數據融合與再分析」團隊,以及以李建等為首席的「多尺度氣象數值預報模式系統」團隊,也在爭分奪秒——去填過去的「坑」、去填補空白、去將星火連成漫天銀河。

再如,「氣候系統模式和次季節至季節氣候預測」亦有多項收穫:

研發多個不同解析度氣候系統模式BCC-CSM和地球系統模式BCC-ESM1;研製次季節-季節-年際尺度一體化氣候預測的第三代氣候模式預測業務系統BCC-CPSv3;建立多模式集合預測系統(CMME)和基於多模式預測結果的動力統計預測系統(FODAS),研製多模式集合概率預測方法(MODES),基本實現以模式產品為基礎的次季節至季節無縫隙的客觀預測業務。

BCC-CPSv3系統構成

發展了針對關鍵氣候現象、環流主模態、東亞主要氣候事件和過程等的氣候預測技術和方法;針對東亞季風次季節形成機理和變化的研究取得顯著進展。

FODAS2.0系統的2020年汛期降水預測結果PS評分突破80分,成功預測長江流域、淮河流域及黃河中下遊流域性洪澇災害。

中國範圍的氣候預測準確率明顯提高。

……

隨著一個個難點被突破,一個個目標實現,「創新」不再只是號角,而真正意味著中國氣象事業久久為功、厚積薄發。

前瞻

與其他三項攻關任務不同,2018年正式組建的「多尺度氣象數值預報模式系統」團隊還在探索階段。他們的眼光瞄向的正是氣象事業未來最關注的問題。

事實上,在國際氣象界,歐洲中期天氣預報中心及美、德、英等國氣象局已積極行動,數值模式研發新變革正在進行。

中國氣象局開展頂層設計,也在發問:中國氣象事業未來的模樣,又將走上何種發展路徑?

在評估專家組看來,或許,「多尺度氣象數值預報模式系統」團隊能給出一個可能性:

該攻關任務緊扣當下和未來無縫隙預報預測需求,建立了穩定守恆、高精度、高效率、可進行靈活區域加密的非結構網格大氣動力模式原型系統。

提出了一套適合高解析度全球大氣環流模式使用的尺度自適應物理過程方案配置,分別開展了典型氣候模擬解析度(1度)長期積分和典型天氣預報解析度(0.25度)中期預報試驗,確認了模式平均環流特徵的正確性和中短期預報對東亞季風區降水模擬的準確性。

……

過去的努力與跋涉,到目前可以畫上一個句號或逗號。從無到有,從弱到強,這些成果的取得,並非一日之功,離不開中國氣象局黨組高瞻遠矚提前謀劃,離不開對科技自立自強的堅持,離不開科研團隊夙興夜寐持之以恆,離不開敞開胸懷吸納各方力量深化合作……在總結過去的同時,我們也離下一個路口越來越近。

「穩定而持之以恆地推進核心攻關非常重要。」「獨立自主的科技創新,遠遠不夠。」「科學是要不斷前進,而且一定要走在業務前面。」「一定保持有生的、高水平的力量開展科學研究,這是能夠成功的關鍵。」「最大的機制是對人的投入機制。」……專家們對未來中國氣象的建言猶見熱血。

未來的氣象徵途,註定會更加艱難。但不懼艱難紮實做事,才能在下一個五年迎來新一輪收穫。

中國氣象報社 出品

審核:崔國輝

作者:中國氣象報全媒體記者趙曉妮 通訊員楊蕾 張軍巖 申丹娜

微信編輯:張琳皓

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