光明日報記者 崔興毅

　　國家高山滑雪中心和國家雪車雪橇中心所在的北京延慶賽區(qū)，冬季氣溫寒冷，體感溫度時常低于零下20攝氏度。除了嚴(yán)寒將考驗運動員的身體素質(zhì)外，風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、溫度等氣候因素可能影響運動員的發(fā)揮，以及比賽安排。因此，能否對天氣進(jìn)行精密監(jiān)測、精準(zhǔn)預(yù)報，開展精細(xì)服務(wù)，成為北京冬奧會能否成功舉辦的影響因素之一。瞄準(zhǔn)冬奧氣象服務(wù)這塊“金牌”，國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”項目（氣象）負(fù)責(zé)人陳明軒揭秘了北京冬奧氣象里的科技密碼。

　　核心技術(shù)多項從零起步

　　“對天氣的精密監(jiān)測、精準(zhǔn)預(yù)報和精細(xì)服務(wù)，是北京冬奧會成功舉辦的決定性因素之一。”陳明軒告訴記者，北京冬奧會氣象保障服務(wù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求就是：“一場一策”“一項一策”，需要將客觀化、自動化的預(yù)報做到“百米級、分鐘級”。

　　據(jù)陳明軒介紹，從氣象的角度講，北京冬奧會是近20年內(nèi)唯一一次在大陸性冬季風(fēng)主導(dǎo)的氣候條件下舉辦的冬奧會，山地賽場的特點就是大風(fēng)多、干冷，而往屆冬奧會主要在海洋性氣候條件下舉辦，氣象特點是雨雪多、能見度差。“氣候特征決定了北京冬奧會的特殊難題就是山地小尺度的風(fēng)和溫度的精密監(jiān)測、精準(zhǔn)預(yù)報，而這在國際上都是尚未解決的氣象難點之一。”陳明軒說，縱觀歷屆冬奧會的氣象服務(wù)保障，國際上沒有成熟的、適用于北京冬奧會的可移植技術(shù)方案，加上中國冰雪運動起步較晚、國際冬季重大體育賽事氣象服務(wù)保障技術(shù)經(jīng)驗缺乏，所以此次北京冬奧會的氣象服務(wù)保障挑戰(zhàn)大、科技攻關(guān)難度高，很多技術(shù)我國可以說是從零起步。

　　“從北京冬奧會氣象保障的要求來說，氣象保障服務(wù)需要做到空間百米級網(wǎng)格的預(yù)報，預(yù)報時效至少需要達(dá)到10天，這就是研發(fā)團(tuán)隊需要攻克的特殊難題。”陳明軒指出，從大氣科學(xué)可預(yù)報性的角度說，空間越精細(xì)、預(yù)報時段越長，預(yù)報難度越大，更何況在地形復(fù)雜的山區(qū)，除了需要預(yù)報常規(guī)的風(fēng)速風(fēng)向、溫度、濕度、降水外，還需要提供冬奧關(guān)注的陣性大風(fēng)、能見度、降水相態(tài)、雪面溫度等特殊氣象預(yù)報，所以難度就更大。

　　“自2016年開始，在北京市科技計劃前期支持以及國家重點研發(fā)計劃‘科技冬奧’重點專項后期支持下，逐步形成了由十幾家單位200多名科技骨干和預(yù)報人員共同組成的冬奧氣象科技攻關(guān)團(tuán)隊，開展冬奧氣象精密監(jiān)測和精準(zhǔn)預(yù)報核心科技研發(fā)。”陳明軒說。

　　4年攻關(guān)實現(xiàn)多個“首次”

　　歷經(jīng)4年科技攻關(guān)，冬奧氣象科技團(tuán)隊研發(fā)出了高精度數(shù)值天氣預(yù)報模型、多源氣象數(shù)據(jù)快速集成融合模型、大氣渦流尺度數(shù)值模擬計算模型、人工智能誤差訂正模型等關(guān)鍵技術(shù)方法，構(gòu)建了冬奧氣象“百米級”預(yù)報技術(shù)體系，形成了冬奧高精度氣象預(yù)報系統(tǒng)“睿圖—睿思”，實現(xiàn)了冬奧山地賽場的0~10天“百米級”網(wǎng)格氣象預(yù)報以及冬奧關(guān)鍵點位的0~10天定時、定點、定量氣象預(yù)報，多項技術(shù)填補(bǔ)國內(nèi)空白，核心技術(shù)完全自主可控。

　　“在往屆冬奧會期間，客觀氣象預(yù)報基本以千米網(wǎng)格為主，時間更新頻率是半小時至1小時。在國內(nèi)，目前的高精度數(shù)值天氣預(yù)報模型的網(wǎng)格分辨率最高是3公里，部分發(fā)達(dá)地區(qū)客觀預(yù)報的網(wǎng)格距可以達(dá)到1公里，時間更新頻率基本是1小時或者3小時。”陳明軒說，北京冬奧會高精度氣象預(yù)報的空間網(wǎng)格分辨率達(dá)百米級，時間更新頻次達(dá)分鐘級。精細(xì)化氣象預(yù)報達(dá)到了質(zhì)的飛躍。

　　人工智能預(yù)報技術(shù)是國際上第一次在冬奧會氣象服務(wù)保障中獲得應(yīng)用。陳明軒介紹，冬奧會氣象保障服務(wù)需要0至10天內(nèi)的高精度氣象預(yù)報作為支撐，需要做到“定時、定點、定量”的氣象預(yù)報，而在地形復(fù)雜山區(qū)的這種小尺度精準(zhǔn)氣象預(yù)報本身就是國際氣象界的一道難題，既有的現(xiàn)代數(shù)值天氣預(yù)報模型和傳統(tǒng)的技術(shù)方法有時存在較大的誤差，因此就需要借助人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過對海量的數(shù)值天氣預(yù)報模型預(yù)報數(shù)據(jù)和大量的氣象觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行“再解讀”，從而實現(xiàn)客觀氣象預(yù)報的“再訂正”，提升冬奧氣象預(yù)報的精準(zhǔn)度。

　　陳明軒告訴記者，目前，經(jīng)國際專家聯(lián)合推薦，我們的科技冬奧項目已納入世界氣象組織高影響天氣預(yù)報示范項目，可以為國際高影響天氣預(yù)報技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用提供中國經(jīng)驗。

　　　成果應(yīng)用前景廣闊

　　“‘分鐘級、百米級’氣象服務(wù)目標(biāo)，是基于冬奧賽事實際需求及賽場具體環(huán)境提出的。山地氣象預(yù)報本身就是國際公認(rèn)的難題。”陳明軒介紹，海拔落差每100米，氣象環(huán)境就有天壤之別；翻過一道山梁，又是另一番光景。山區(qū)天氣變化規(guī)律也極為復(fù)雜。但恰恰只有這種地形環(huán)境，才能滿足冬季賽事的比賽需求。

　　“因此，面臨較高預(yù)報難度及豐富氣象要素的預(yù)報需求，我們提出‘分鐘級、百米級’目標(biāo)。通過近年來的技術(shù)鉆研和模式研發(fā)，氣象部門目前已能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜地形下100米分辨率、逐10分鐘快速更新的冬奧關(guān)鍵氣象要素預(yù)報，滿足賽事保障條件。”陳明軒說。

　　氣象與國家發(fā)展和民生息息相關(guān)。“與國際同類型產(chǎn)品相比，我們的技術(shù)自主可控，形成的相應(yīng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品具有更高的時空精度和預(yù)報精準(zhǔn)度。”陳明軒表示，在后冬奧時代，冬奧氣象科技成果及其在冬奧會的應(yīng)用經(jīng)驗和解決方案等，可在氣象預(yù)報服務(wù)精準(zhǔn)度提升方面發(fā)揮更大效益，對新時期國家重大活動保障、大城市安全運行、災(zāi)害天氣預(yù)報預(yù)警和極端災(zāi)害天氣應(yīng)對、城市防洪排澇、城市交通等方面將起到重要支撐作用。

　　“未來還可在我國新型能源，特別是風(fēng)能、太陽能領(lǐng)域獲得應(yīng)用，提升新能源開發(fā)和應(yīng)用的氣象服務(wù)能力，助力我們國家能源結(jié)構(gòu)低碳化，推動碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。”陳明軒說。

　　《光明日報》（ 2022年01月27日 16版）