自主专利技术的气象事业“芯片”在我国建立

这是一个“天有不测风云”与“天有可测风云”并存的年代。大伙一面抱怨预报不准，一面又越来越依赖它。

阴晴雨雪等天气预报信息，和我们的日常生活息息相关。我们每天看到、听到的气象预测，主要来自“数值天气预报”，这是基于数学、物理学方法，利用高性能计算机客观定量计算未来天气演变的科学技术。在数值天气预报的基础上，预报员们再依据自己的经验做出判断，加以订正，就形成了我们获取的预报信息。
天气预报中的初始状态来自于观测，总是会有某些误差。天气变化还舍及到复杂的物理、化学和生态过程，而目前人们还难以完全掌握大气运动的发展规律，在用来描述大气运动的方程中，也存在肯定的不确定性。
2010年4月28日，我国气象局数值预报中心成立。历经10年攻坚，我国数值天气预报不但实现了自主专利研发、应用、改进、发展的良性循环，而且基于自主专利技术，全面建立了国家级数值天气预报业务体系并实现应用服务。
我国从上世纪80年代初正式成立数值天气预报业务单位，至今已近40年。“克服了从基础设备到模式发展到业务化的重重困难，再经数值预报中心成立后这10年来的飞跃，终于有了我国自主的可为全国和全世界服务的数值天气预报业务系统，是我国成为世界气象中心之一的主要科技支撑。”我国科学院院士、国家最多科学技术奖获取者曾庆存表示。
大气是一种流体，它的基本运动遵循着流体力学基本理论。除了自身的随机性以外，大气运动还受到各种外在因素的干扰，如城市热岛效应、温室效应以及错综复杂的地形地貌等。这些都会影响大气运动的外在随机性，成为“无数扇动的蝴蝶翅膀”。
气象学家们历经对大气运动所遵从的流体力学和热力学的基本定律进行理论推导，得到了一组关于大气运动的基本方程组，包括运动方程、热力学方程、连续方程、状态方程和水汽方程。在已知大气当前状态与大气周边环境的条件下，求取方程组的类似数值解，这就是数值天气预报。
数值天气预报作为气象业务的核心科技，重要性突出、研发难度大、舍及领域广，被誉为气象事业的“芯片”，不仅关系我国气象事业发展，更是保障国计民生和国防安全的国家核心科技的重要组成部分，对保障生命安全、生产发展、生活富裕、生态良好等不可或缺。
“数值预报是业务天气预报的支柱，准确的天气预报，离不开数值预报作为第一依据。”我国工程院院士许健民表示：“数值预报模式复杂、系统内部各分量之间联系紧密，开发工作的体量和难度极大，需要多个专业高水准的科学家有效地组织起来，长期通力合作。所以，数值天气预报在肯定程度上反映了一个国家的综合专利科技实力和水准。”
2000年，我国新一代数值天气预报系统GRAPES（全球和区域同化预报系统）的自主研发工作开启。2010年，由集中数值预报研发和业务力量组建而成的数值预报中心团队，开始了艰难攻关：研发全球模式物理过程，体现我国天气气候特点；攻关四维变分同化关键技术，研发多平台、多传感器卫星材料同化应用技术；解决高性能计算和支撑平台等各类瓶颈问题……
“我国数值预报业务发展方法完成了从引进为主到自主研发为主的重大转变，建成了高低分辨率搭配适当、确定性和集合预报有机结合的具有完整自主技术的数值天气预报体系。”国家气象中心主任王建捷表示。
“数值预报中心成立以来飞速进步，建成具有我国自主专利技术的数值气象预报业务体系，满足了我国现阶段国家安全和经济建设对气象保障的需求，成为我国天气预报的主要科学支柱，为以后可持续发展奠定了良好基础。”我国工程院院士、数值预报专家李泽椿讲。
2017年，我国气象局被世界气象组织正式认定为世界气象中心，成为全球9个世界气象中心之一，这标志着我国气象现代化整体水准迈入世界先进行列。“我国气象局被认定为世界气象中心，自主研发的专利技术GRAPES数值预报体系是最重要的因素。”数值预报中心副主任龚建东讲。
数值预报商品是天气预报员们做预报时的“第一依据”。数值预报中心要加强业务应用，持续提高预报服务支撑能力。
2019年8月，9公里分辨率GRAPES台风预报系统实现业务运行，“首战”即面对台风“利奇马”。以超强台风级别登陆浙江温岭的“利奇马”，是2019年汛期的一匹“烈马”。在对路径捕捉和预测中，风云四号A星与GRAPES数值预报隔空星—地互动，提高了预报精准度。
此外，高分辨率同化系统投入业务运行后，对强对流天气的预报能力明显提高。
“数值天气预报，是理论，是科技，甚至是工艺，肯定要静心努力钻研。”曾庆存表示：“首先，它是基于数学物理理论，有一般性规律，要努力打好这个数理基础，但至今关于云的刻画、降雨过程和很多中尺度以及灾害过程的机理，尚未有很好的理论解决，肯定要勤以探索创新。其次，天气又是发生于千差万别的复杂环境之中，且以具有各种各样误差的各种观测材料为初始条件，具体情形不同，又有其特殊性，要秉承‘工匠精神’、下好‘绣花功夫’，细心地分析和巧妙地处理，才可以有效解决。今后数值天气预报的发展，一般性和特殊性两方面要兼顾，缺一不可。”
天气预报实际是一个浩大的系统工程。每个环节都存在某些不确定性，不也许每一次的预报结果都与实际一致。提高预报的准确率，现在仍是一个世界性的难题。展望未来，天气预报将继续瞄准国际科技前沿，秉承“工匠精神”，坚持不懈并不断加快科技实力的积累，为国家做出更大贡献。