在中國氣象局數值預報中心副主任龔建東的工作生涯裡有兩個時刻最令他振奮——其一發生在2018年7月，帶有四維變分同化系統的GRAPES全球預報系統實現業務運行，中國成為繼歐洲中期天氣預報中心以及法國、英國、加拿大、日本之後，自主建立了氣象資料四維變分同化業務系統的國家。
另一個令他振奮的時刻也發生在2018年，當年的11月28日，國家級完整數值預報業務體系的最後一塊拼圖——GRAPES全球集合預報系統通過業務化驗收評審，標誌著我國建成了以自主研發的GRAPES為核心的全球、區域確定性和集合預報系統，並對颱風、環境響應、海浪等專業模式提供支撐的完整數值天氣預報體系。
「現在我們國家數值預報最核心的技術可以說都是Made in china。」4月29日，龔建東在接受澎湃新聞採訪談起這些成績時，戴著口罩的臉上也難掩激動的喜悅。
今年是中國氣象局數值預報中心成立十周年，在龔建東看來，GRAPES全球四維變分同化系統是我國數值預報自主研發十年來取得的最核心的成績。
中國工程院院士李澤椿評價說，數值預報中心成立十周年，建成了我國自主技術的數值氣象預報業務體系，滿足了我國現階段國家安全經濟建設對氣象保障的需求，成為我國天氣預報的主要科學支柱，具有為以後發展的良好基礎。
十年磨一劍
什麼是數值天氣預報？
龔建東向澎湃新聞介紹說，大氣是一種流體，它的基本運動遵循著流體力學基本理論。氣象學家們通過對大氣運動所遵從的流體力學和熱力學的基本定律進行理論推導，得到了一組關於大氣狀態變量的偏微分方程，包括運動方程、熱力學方程、連續方程、狀態方程和水汽方程，他們稱其為大氣運動的基本方程組。在已知大氣的當前狀態與大氣周邊的環境條件下求取方程組的近似數值解，就是數值天氣預報。
數值天氣預報能為人們預測未來更長時間的天氣提供科學依據，天氣預報水平也因數值天氣預報的出現而得到大幅度的提高。數值天氣預報在應用上分為理論研究和業務應用，我們日常為氣象預報和服務提供重要支撐的就是業務數值天氣預報，它每天24小時運轉，並在特定時刻啟動未來天氣的滾動預報，生成預報產品。
數值預報作為氣象業務的核心科技，不僅關係我國氣象事業發展，更是保障國計民生和國防安全的國家核心科技的重要組成部分。
據龔建東介紹，我國數值預報業務系統研發和支撐能力建設起步較晚，上世紀八十年代我國採取了引進國外全球數值預報核心技術建立數值預報業務和服務體系。但自主研發中國自己的數值預報核心技術，卻是氣象人一直以來的共同願望。
2000年，中國氣象局作出我國未來數值天氣預報業務發展技術路線由國外引進為主轉為自主開發為主的重大決策，開啟了我國新一代數值天氣預報系統GRAPES的自主研發工作。
2010年，集中數值預報研發和業務力量組建而成的數值預報中心團隊，開始了艱難攻關：研發全球模式物理過程，體現中國天氣氣候特徵；攻關四維變分同化關鍵技術，研發多平臺、多傳感器衛星資料同化應用技術；解決高性能計算和支撐平臺等各類瓶頸問題……2010年，GRAPES全球模式和同化的深化改進工作全面開展。
2013年，數值預報創新團隊入選科技部「創新人才推進計劃重點領域創新團隊」，成為我國氣象領域首批入選的國家級科技創新團隊。
2014年，高解析度資料同化與數值天氣模式被確定為國家氣象科技創新工程三大攻關任務之一，自主創新的腳步不斷加快。
2016年，GRAPES全球預報系統正式業務化運行並面向全國下發產品，這是我國數值預報核心技術實現國產化的重要標誌，也宣告我國從全球預報到區域高解析度預報核心技術擺脫了受制於人的局面。
2018年7月，帶有四維變分同化系統的GRAPES全球預報系統實現業務運行，標誌著我國業務數值天氣預報同化技術邁入國際前列， 成為國際上少數具有自主研發和業務應用四維變分同化系統的國家級預報中心之一。
同年12月，隨著GRAPES全球集合預報系統實現業務應用，我國數值天氣預報體系的版圖補齊了最後一塊「拼圖」，標誌著我國建成了以自主研發的GRAPES為核心的全球、區域確定性和集合預報系統，也標誌著GRAPES自2005年研發成功之後，歷經13年深化改進，終於建成了完整數值天氣預報體系。
在建立完整數值預報體系的同時，數值預報中心還發展了包括檢驗技術、診斷技術、業務化應用能力、產品對外服務支撐能力的完整鏈條，多方位縮小了與國際先進業務數值預報中心的差距。通過引進來、走出去和多途徑廣泛聯合國內外資源，探索出了適合國情的數值預報發展方式。
2019年7月，GRAPES區域模式實現全國範圍3公裡解析度業務化運行，為全國各地開展局地強對流、極端天氣預報預警工作提供重要支撐。次月，9公裡解析度GRAPES颱風預報系統實現業務運行，「首戰」即成功應對超強颱風「利奇馬」。
細分領域人才建設引領技術創新
中國氣象局數值預報中心模式研發室主任孫健在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）採訪時說， GRAPES全球四維變分同化系統涉及到的科學內容非常複雜，凝聚了包括計算數學、衛星等遙感探測技術、高性能計算機科學等諸多相關領域的結晶。
「簡單的理解，就比如，我們希望知道的是大氣目前的狀態，就像給現在的大氣拍一張照片，但是實際上我們沒有在這個『照片』的每個像素都有實況的觀測，而這些沒有實況觀測的『像素』的狀態，是需要用到這個『像素』的從前一段時間的狀態信息來幫忙決定的。這是四維變分裡面的時間軸概念。」孫健說，
無論是我們自己來看還是從國際上的評價來看，GRAPES全球四維變分同化系統都是數值預報十年發展以來取得的非常重要的成績。全世界沒有太多的中心能用上四維變分同化系統，我們是其中一個。
「十年磨一劍，但就我國數值天氣預報業務的建立和發展歷程來說，又何止十年。」中國科學院院士曾慶存感慨說，從上世紀八十年代初正式成立數值天氣預報業務單位算起，至今已近四十年了。歷經長期努力奮鬥，克服了從基礎設備到模式發展到業務化的重重困難，再經數值預報中心成立後這十年來的飛躍進步，我國終於有了自主的可為全國和全世界服務的數值天氣預報業務系統，這是中國成為世界氣象中心之一的主要科技支撐。
龔建東認為，十年來，數值預報取得的突破最主要的是依靠技術，而技術的載體是人才，中國氣象局數值預報中心有一隻非常強的專家隊伍，在每個細分領域都有一支專業的人才隊伍，不管是模式本身還是檢驗、預報服務，我們是國內唯一一家數值預報領域細分人才分門別類進行建設的。
數值預報創新團隊成為我國氣象屆首支入選國家級科技創新團隊。 受訪者供圖「我們的科技領軍人才幾乎都在歐洲中期天氣預報中心或美國等技術先進國家開展過訪問工作，真正把引進來和走出去相結合。」龔建東說，在學習借鑑國外先進模式技術和組織管理經驗的同時，也分享我們在數值預報發展中的做法，深入的國內外交流對數值預報中心的發展具有積極作用。
另一方面觀測手段的進步也對數值預報發展起了很大作用。龔建東說，「中國氣象局這些年在氣象觀測領域投入很大，風雲衛星搭載的儀器也越來越先進，這些觀測資料為我們提供了第一手且更快捷的觀測。另外一點就是雷達系統，我們能夠看到的中尺度的觀測信息最主要的就是依靠雷達，雷達相當於給我們數值預報提供了彈藥。」
問及今後數值模式的發展方向，曾慶存說，數值天氣預報，是理論，是科技，甚至是工藝，必須要靜心努力鑽研。首先，它是基於數學物理理論，有一般性規律，要努力打好這個數理基礎，但至今關於雲的刻畫、降雨過程和許多中尺度以及災害過程的機理，尚未有很好的理論解決，須要勤以探索創新。其次，天氣又是發生於千差萬別的複雜環境之中，且以具有各種各樣誤差的各種觀測資料為初始條件，具體情況不同，又有其特殊性，要秉承「繡花工匠」的精神進行細心的分析和巧妙的處理，才能有效解決。
「今後數值天氣預報的發展，一般性和特殊性兩方面要兼顧，缺一不可。「曾慶存說。
【來源：環球網資訊】
版權歸原作者所有，向原創致敬