11月3日,2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)召開(kāi),作為氣象領(lǐng)域的“國(guó)之重器”,“區(qū)域/全球一體化數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)”榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。同一天,一場(chǎng)即將橫掃我國(guó)大部地區(qū)的冷空氣尚未入境,氣象部門提前發(fā)布的預(yù)報(bào)已傳遍全國(guó)。
人們也許對(duì)此習(xí)以為常,但仔細(xì)想想,就會(huì)發(fā)現(xiàn)這并不平常。能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)大氣活動(dòng),是一代又一代氣象工作者多年不懈努力取得的成就。而這份巨大榮譽(yù),對(duì)中國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)研發(fā)人員來(lái)說(shuō),既是對(duì)過(guò)往努力的肯定,也是催人奮進(jìn)的鼓點(diǎn)。
時(shí)代的抉擇——
中國(guó)要有自己的數(shù)值預(yù)報(bào)
30多年前,在蘭州大學(xué)數(shù)值預(yù)報(bào)課堂上,年輕的沈?qū)W順見(jiàn)識(shí)了數(shù)值預(yù)報(bào)字面意義上的宏大——老師抱著一大摞從美國(guó)帶回來(lái)的紙質(zhì)方程代碼,堆起來(lái)有書桌那么高。他想,如此龐大的工程究竟是怎么做出來(lái)的?
彼時(shí),被《自然》雜志稱為“一場(chǎng)靜悄悄的革命”的數(shù)值天氣預(yù)報(bào),正在全球如火如荼開(kāi)展。
數(shù)值天氣預(yù)報(bào),是基于數(shù)學(xué)物理學(xué)方法客觀定量計(jì)算未來(lái)天氣演變的科學(xué)。100多年前,其概念推出;上世紀(jì)50年代,試驗(yàn)取得成功;到20世紀(jì)70年代,國(guó)際數(shù)值天氣預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用。
從某種意義上說(shuō),數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)性能的好壞、研發(fā)能力的高低,是決定氣象現(xiàn)代化水平的關(guān)鍵。
在這種共識(shí)“驅(qū)策”下,我國(guó)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)研究從1954年起步。除了進(jìn)行理論探索及研發(fā)試驗(yàn)外,1980年我國(guó)還建成短期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。進(jìn)入千禧年,中國(guó)氣象局黨組做出數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展技術(shù)路線走適合中國(guó)國(guó)情、由國(guó)外引進(jìn)為主轉(zhuǎn)為自主開(kāi)發(fā)為主的重大決策。“中國(guó)要有自己的數(shù)值預(yù)報(bào),必須掌握氣象業(yè)務(wù)核心科技,這是我們氣象人的共同愿望。”隨著團(tuán)隊(duì)不斷壯大,如今已是“區(qū)域/全球一體化數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心(以下簡(jiǎn)稱“中心”)副主任的沈?qū)W順,也早在新千年初主動(dòng)選擇回國(guó)從事數(shù)值預(yù)報(bào)研究。
數(shù)值預(yù)報(bào)模式復(fù)雜、系統(tǒng)內(nèi)部各分量之間聯(lián)系緊密,鏈條長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多,開(kāi)發(fā)工作的體量和難度極大?!拔覀儼l(fā)展數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的路線一開(kāi)始就非常明確?!敝行母敝魅锡徑|回想起前輩們的計(jì)劃書,“一開(kāi)始設(shè)定了比較好的技術(shù)架構(gòu)和目標(biāo),雖然中間有波折,但總體發(fā)展路線非常對(duì)?!?/p>
接下來(lái),就是長(zhǎng)達(dá)20多年、科研人員付出無(wú)數(shù)心血的漫長(zhǎng)跋涉。
“往大了說(shuō),我們有幸趕上了這個(gè)時(shí)代,這是國(guó)家重視科技發(fā)展的時(shí)代,也是中國(guó)氣象局重視數(shù)值預(yù)報(bào)的時(shí)代,得到了‘重磅’投入研發(fā)的支持?!敝行哪J窖邪l(fā)室主任孫健感受到背后團(tuán)隊(duì)的力量,“10年,20年,怎么走過(guò)來(lái)的,可能每個(gè)人自己心里才最清楚?!?/p>
從“零”到“一”再到“卓越”——
要做就做世界領(lǐng)先的
在觀看最近熱播的電視劇《功勛》時(shí),中心資料同化科科長(zhǎng)張林時(shí)常產(chǎn)生一種跨越時(shí)空和行業(yè)的認(rèn)同感?!皠傞_(kāi)始,我們也是完全摸著石頭過(guò)河。”
張林于2004年加入團(tuán)隊(duì),主攻四維變分同化系統(tǒng)。2008年,中國(guó)氣象局啟動(dòng)全球四維變分資料同化系統(tǒng)研發(fā)工作,這在國(guó)內(nèi)尚屬空白。“四維變分涉及模式動(dòng)力框架的切線和伴隨過(guò)程、并行計(jì)算、大數(shù)據(jù)等,技術(shù)難度很大。”龔建東說(shuō)。
最難的時(shí)候,研發(fā)甚至停滯兩年無(wú)法推進(jìn)。思想起伏和不同聲音并非沒(méi)有。2013年,數(shù)值預(yù)報(bào)團(tuán)隊(duì)專門就技術(shù)路線開(kāi)會(huì)?!耙菹聸Q心做四維變分。”孫健回憶道,“現(xiàn)在做完了回頭再看,大方向沒(méi)錯(cuò)?!?/p>
隨著2018年7月全球四維變分同化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化,我國(guó)進(jìn)入資料同化技術(shù)主流行列,成為繼歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)、法國(guó)、英國(guó)、加拿大和日本之后,全世界第六個(gè)自主建立四維變分同化系統(tǒng)的業(yè)務(wù)中心。
在研發(fā)過(guò)程中,這樣的波折并非個(gè)例。但與團(tuán)隊(duì)其他成員一樣,中心模式研發(fā)室副主任韓威一直記得團(tuán)隊(duì)成立的初心,“無(wú)論從中國(guó)氣象局層面還是團(tuán)隊(duì)層面,我們要做的都是世界領(lǐng)先的數(shù)值預(yù)報(bào)中心。”
自2010年中心成立至今,他們已高質(zhì)量完成一系列重大核心攻關(guān)任務(wù),形成全球非靜力平衡模式中三維參考大氣的動(dòng)力框架方案、預(yù)估修正半隱式半拉格朗日算法等一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心關(guān)鍵技術(shù),建成以中國(guó)氣象局全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“CMA-GFS”)為核心,高低分辨率搭配適當(dāng)、確定性和集合預(yù)報(bào)有機(jī)結(jié)合的完整數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系。“我們的數(shù)值預(yù)報(bào)一定要能走上國(guó)際,推動(dòng)氣象強(qiáng)國(guó)建設(shè)?!鄙?qū)W順說(shuō)。
當(dāng)然,建造如此龐大的復(fù)雜系統(tǒng)工程,不僅要向“領(lǐng)先”沖刺,還要對(duì)業(yè)務(wù)鏈條上的每個(gè)環(huán)節(jié)“精心打磨”?!拔覀兙拖裨谧鰵庀蠊I(yè)產(chǎn)品,需要打磨,更要一點(diǎn)點(diǎn)迭代?!笔卦谶M(jìn)入業(yè)務(wù)前的最后一個(gè)關(guān)口,每年汛期前,中心系統(tǒng)業(yè)務(wù)室副主任胡江凱的團(tuán)隊(duì)最希望的就是盡快完成系統(tǒng)升級(jí)。團(tuán)隊(duì)里最流行的一句話,是男足國(guó)家隊(duì)臨近比賽結(jié)束時(shí),解說(shuō)員常說(shuō)的那句“留給你的時(shí)間不多了”?!暗覀兠看味技影嗉狱c(diǎn)實(shí)現(xiàn)了?!焙瓌P說(shuō),“就像高鐵飛馳,軌道上的每顆螺絲釘都很重要。”
用得好才是硬道理——
數(shù)值預(yù)報(bào)是硬碰硬,每天都在被檢驗(yàn)
每一天,數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系按時(shí)按點(diǎn)產(chǎn)出海量產(chǎn)品,除了為部門內(nèi)的氣象業(yè)務(wù)提供不間斷支撐以外,還為包括水利部等20多個(gè)單位提供一年365天不間斷數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)產(chǎn)品,為“一帶一路”沿線20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)提供氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品支撐。
這是數(shù)值預(yù)報(bào)必須面對(duì)的“戰(zhàn)場(chǎng)”?!把邪l(fā)數(shù)值預(yù)報(bào)這件事是實(shí)實(shí)在在的,來(lái)不得半點(diǎn)虛假?!鄙?qū)W順說(shuō)。
2016年CMA-GFS投入業(yè)務(wù),預(yù)報(bào)性能持續(xù)提升,在同臺(tái)競(jìng)技中,北半球可用預(yù)報(bào)時(shí)效與歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)的差距逐年減小。2019年7月,中國(guó)氣象局中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“CMA-MESO”)實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍3公里分辨率業(yè)務(wù)化運(yùn)行,次月9公里分辨率的中國(guó)氣象局區(qū)域臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行,“首戰(zhàn)”即成功應(yīng)用于超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”的路徑捕捉預(yù)報(bào)。
“CMA-MESO從開(kāi)始研發(fā)就以業(yè)務(wù)需求為引領(lǐng),邊研發(fā)邊應(yīng)用,收到預(yù)報(bào)員的反饋和診斷評(píng)估后,促進(jìn)我們?cè)傺邪l(fā)?!敝行膮^(qū)域模式科科長(zhǎng)黃麗萍解釋,“其中很大原因就是強(qiáng)對(duì)流數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品不能依賴國(guó)外。”
及時(shí)將產(chǎn)品送到預(yù)報(bào)員平臺(tái),成為數(shù)值預(yù)報(bào)科技成果業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用的堅(jiān)強(qiáng)后盾,是中心系統(tǒng)業(yè)務(wù)室主任陳靜團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)。在這個(gè)過(guò)程中,中心專門建立了業(yè)務(wù)用戶大會(huì)機(jī)制,創(chuàng)新應(yīng)用推廣方式,推動(dòng)行業(yè)內(nèi)外用戶了解和更好地應(yīng)用CMA系列數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品?!懊磕晡覀冞€會(huì)專門到部分省份調(diào)研?!标愳o說(shuō),今年因?yàn)橐咔檎{(diào)研推遲,后續(xù)打算改用視頻方式完成。
與業(yè)務(wù)的緊密結(jié)合不僅在“用戶關(guān)”,也延展到監(jiān)測(cè)階段。
迎戰(zhàn)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”期間,風(fēng)云四號(hào)A星與數(shù)值預(yù)報(bào)隔空星-地互動(dòng)、深度交融、彼此成就——A星通過(guò)全球四維變分同化系統(tǒng)同化應(yīng)用,有效改善模式的初始場(chǎng),提高了臺(tái)風(fēng)路徑及強(qiáng)度預(yù)報(bào)水平,成為國(guó)家級(jí)數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系應(yīng)對(duì)復(fù)雜天氣過(guò)程的一次生動(dòng)實(shí)踐。
2020年6月,CMA-MESO升級(jí)至5.0版本,建立3公里分辨率逐3小時(shí)快速循環(huán)同化預(yù)報(bào)系統(tǒng),全國(guó)192部實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)雷達(dá)資料同化應(yīng)用,國(guó)家級(jí)區(qū)域高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)公里級(jí)循環(huán)同化預(yù)報(bào)。
沈?qū)W順注意到今年極端天氣事件帶來(lái)的災(zāi)害影響:“數(shù)值預(yù)報(bào)作為氣象預(yù)報(bào)的核心科技,要為國(guó)家安全和護(hù)佑百姓福祉做出貢獻(xiàn)?!?/p>
團(tuán)隊(duì)的力量——
一個(gè)人走得快,一群人能走更遠(yuǎn)
很多個(gè)夜晚,韓威踏進(jìn)辦公大樓,都會(huì)看到沈?qū)W順和龔建東房間的燈光?!安皇且惶靸商?,而是幾年甚至十幾年?!表n威感慨,“然后,默默地,我們就這樣做成了?!?/p>
這是個(gè)秉承“攀登、堅(jiān)持、奉獻(xiàn)、創(chuàng)新”精神,以打上“堅(jiān)韌、踏實(shí)、奉獻(xiàn)、淡泊”標(biāo)簽為豪的團(tuán)隊(duì)。
“每個(gè)人都踏踏實(shí)實(shí),都有科學(xué)家精神,做事很實(shí)在。”中心模式研發(fā)室副主任陳起英說(shuō)。
并非沒(méi)有誘惑。“做模式很難發(fā)文章,薪資也比不上市場(chǎng)化公司的編程人員?!敝行哪J窖邪l(fā)室動(dòng)力框架科高工蘇勇說(shuō),“但大家都堅(jiān)守這份事業(yè)。”
并非沒(méi)有糾結(jié)。在陳靜面前流淚的團(tuán)隊(duì)成員不止一兩位。2018年12月,隨著中國(guó)氣象局全球集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用,我國(guó)自主研發(fā)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)體系補(bǔ)齊了最后一塊“拼圖”。
那是一段瘋狂的日子,為了保證業(yè)務(wù)運(yùn)行,陳靜團(tuán)隊(duì)幾乎一周七天“駐守”辦公室,沒(méi)日沒(méi)夜做了66組實(shí)驗(yàn)。
“有人在我面前累到哭,我只能安慰說(shuō),熬過(guò)這段時(shí)間?!标愳o想起最初從四川來(lái)北京,也有人覺(jué)得她放棄了舒服日子找苦頭,“我想了很久,還是這份熱愛(ài)支持著我們一直走到現(xiàn)在。”
令人欣慰的是,多年團(tuán)結(jié)拼搏得到充分肯定。
2013年,數(shù)值預(yù)報(bào)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)入選科技部“創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”。高分辨率資料同化與數(shù)值天氣模式創(chuàng)新攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在歷次第三方專家考核和終期評(píng)估中均獲得第一名。
在這個(gè)團(tuán)隊(duì)里,不斷有人獲得全國(guó)優(yōu)秀科技工作者、全國(guó)三八紅旗手、全國(guó)巾幗建功標(biāo)兵、中組部“萬(wàn)人計(jì)劃”、政府特殊津貼、中國(guó)氣象局科技領(lǐng)軍人才、全國(guó)優(yōu)秀氣象科技工作者、全國(guó)優(yōu)秀青年氣象科技工作者、謝義炳青年氣象科技獎(jiǎng)等榮譽(yù)。
“獲此殊榮想感謝誰(shuí)?”這個(gè)問(wèn)題一問(wèn)出,有太多答案——黨和國(guó)家對(duì)氣象事業(yè)的重視,中國(guó)氣象局黨組多年謀劃部署,前輩們打下的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),團(tuán)隊(duì)持之以恒攻關(guān),每個(gè)辦公室夜晚閃亮的燈光……但每個(gè)人都清楚,他們依然在攀登路上。
為了大力發(fā)展我國(guó)自主可控的地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)模式,建設(shè)我國(guó)自主培養(yǎng)的氣象科技創(chuàng)新隊(duì)伍,推動(dòng)地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)和業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展,今年9月30日,中國(guó)氣象局地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)中心成立。
沈?qū)W順說(shuō),接下來(lái)將進(jìn)一步發(fā)展數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù),加深對(duì)地球系統(tǒng)的基本物理、化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程的認(rèn)識(shí),匯聚各領(lǐng)域研究成果。
(作者:趙曉妮 王美麗 谷星月 責(zé)任編輯:張林)