智绘风云润泽民生— 气象强“芯”筑牢高质量发展基石

MagicJack

本报记者 黄琬婷唐淼

气象万千，精准可测。数值预报，作为现代气象业务的“芯片”与“国之重器”，其发展水平是衡量一个国家气象科技实力和综合国力的关键标志。

“十四五”时期，是我国气象事业迈向高质量发展的关键阶段。肩负着突破“卡脖子”技术、建设气象强国的历史使命，中国气象局地球系统数值预报中心（以下简称“数值预报中心”）砥砺奋进，交出一份亮眼的成绩单：全球天气模式分辨率跃升至12.5公里，北半球可用预报天数达8.1天……一系列突破性进展标志着我国已基本建成技术自主可控、无缝隙衔接的数值预报业务体系，为防灾减灾、应对气候变化、服务经济社会高质量发展提供坚实支撑。顶层擘画：下好体制机制“先手棋”

数值预报研发周期长、跨领域广、技术难度高，传统的科研组织方式遇到很大挑战。数值预报中心以改革破局，运用“9119”工作法精准施策，构建跨处室协同攻关团队，厘清研发与业务的权责边界，打造科技服务支撑队伍，实现项目、人才、经费一体化配置，为创新突破夯实制度根基。

数值预报中心充分发挥体制优势，“横向”联合国家气象中心、国家气候中心等8家国家级单位建立全链条协同联动机制，聚焦模式物理、同化关键技术等“硬骨头”联合攻关。“纵向”构建以自主模式研发为核心、国省统筹分工协作的新格局，组建9个专项任务研发组，建设数值预报国省统筹研发基地，实现团队实体化运行。同时，与中国气象科学研究院和南京大学共建灾害天气科学与技术全国重点实验室，与13家气象系统内单位、3所高校、4家企事业单位签订战略合作协议，形成开放协同的创新生态。一系列体制机制创新，为数值预报核心能力跃升奠定坚实基础。

砺剑攻坚：

实现业务能力“大跨越”

“芯”强，则系统强。“十四五”期间，我国数值预报业务体系迎来质的飞跃。全球同化预报系统（CMA-GFS）水平分辨率从25公里提升至12.5公里，北半球可用预报天数达8.1天；卫星资料同化占比提升至88%，其中风云卫星资料同化占比达约25%，彰显自主卫星资料的应用效能。通过优化云微物理等关键过程，东亚地区降水预报评分全面提升，台风路径和强度预报偏差显著减小。

区域预报能力同步突破。全国1公里分辨率、逐小时更新的快速循环同化预报系统实现业务运行，24小时大雨量级降水 TS评分达0.28，暴雨 TS评分提升13%。中国区域3公里分辨率对流尺度集合预报系统（CMA-REPSv4.0）实现业务运行，通过新建多项偏差订正、观测扰动技术，暴雨概率预报能力提升10.1%，填补了我国在该领域的业务空白。

专业模式领域也取得显著进展。区域台风数值预报系统（CMA-TYM）分辨率优化至9公里，垂直分辨率升级到68层，预报区域拓展到覆盖共建“一带一路”国家和北印度洋，计算效率提升48%，同时实现为共建“一带一路”国家提供定制化预报产品的能力。全球和区域海浪模式实现关键技术突破，全球海浪模式实现海冰识别能力，改进后有效波高均方根误差减小16%；区域海浪模式分辨率由7公里提升至3公里，有效波高均方根误差减小11%。

气候预测迈出关键步伐。第三代全球气候预测系统（CMA-CPSv3）实现业务运行，次季节至季节尺度预测能力明显提升，实现对关键起报月未来13个月的气候异常预测。CMA-CPSv3对 MJO预测技巧达24天，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）第7个月的预测技巧达0.68，提前1个月亚洲夏季风 WYM指数的预测技巧达0.77，整体预测水平接近国际先进模式第一梯队，在东亚地区表现突出。

突破创新:

勇闯技术研发“无人区”

深知真正的核心技术是要不来、买不来的，数值预报中心自成立以来便坚持自主创新路径，实现一系列从“0”到“1”的突破——

采用原创高精度、守恒和可扩展的多矩算法（MCV），成功研制区域/全球一体化多矩非静力模式系统，其预报能力优于目前的 CMA-GFS业务系统。耦合 MCV与先进的陆面模式和海洋模式，通过长期积分试验验证了耦合模式的预报模拟能力。通过多层级计算优化，模式计算效率提升3倍，显著缩短与业务化的时效差距。

资料同化技术取得重大进展。完成MCV模式动力框架的切线性模式和伴随模式研发，基本建立下一代全球四维变分同化系统。快速辐射传输模式（ARMS）实现业务化应用，研发针对风云新载荷的吸收系数、海气耦合的矢量辐射传输求解方案等关键技术，实现对风云卫星各类载荷的全面支撑。

再分析产品研制成果丰硕。第二代全球再分析产品（12.5公里分辨率）和中国区域再分析产品（3公里分辨率）研制成功并投入试用。全球产品质量与同期国际再分析产品相当，中国区域产品质量和精细化程度更优，为气候监测和模式检验提供宝贵的“中国数据集”。

人工智能技术深度融合初见成效。实现人工智能推理模块与传统数值模式在线耦合，辐射模块计算效率提升8倍以上。研发自动可微高精度球面浅水动力框架，验证基于 AI开发平台建立高精度动力框架的可行性。针对风云三号 G星降水雷达资料，构建专属观测算子并在中尺度天气数值预报系统（CMA-MESO）中开展同化预报试验。采用量化变分自编码器和扩散生成模型构建了 CMA-GFS模式的集合样本生成模型，实现物理量高效重构。

高性能计算支撑能力持续增强，全球和区域模式计算效率提升50%以上。下一代 MCV模式在多平台的移植优化取得阶段性成果，为未来业务化应用铺平道路。

强“芯”护航：

守护经济社会安全运行

今年9月，西北太平洋上，台风“桦加沙”蓄势待发。而在千里之外的中央气象台屏幕上，CMA-GFS已精准锁定其移动轨迹，为沿海地区防灾减灾赢得宝贵时间。数值天气预报这颗气象“强芯”，正持续为经济社会发展筑牢安全屏障。

精准预报的背后，是核心技术的不断突破。CMA-GFS V4.0版本通过完善降水过程和卫星同化方案，优化四维变分同化等关键算法，实现了 ARMS的集成应用。与此同时，CMA-TYM也于今年7月升级至 V4.0版本，计算效率和预报效果均显著提升。该模式开发的多类专用产品，已在国家气象中心及浙江、福建、海南等沿海省份业务化应用，对台风路径、强度及风雨影响预报发挥关键作用。

在核心技术支撑下，CMA模式产品不断在国省业务部门推广应用，通过加强与用户交流，让技术成果切实落地民生与行业场景。中国气象局上海台风研究所依托高分辨率模式研发的航空颠簸预报技术，在台风影响期间精准预判湍流区域，为华东地区航班调度提供支撑，有效减少航班延误损失；在今年6月湖北省入梅后的首场区域性强降雨中，数值预报中心与中国气象局武汉暴雨研究所联合研发的暴雨数值预报业务模式（CMA-BY）表现出色，预报员借助该模式准确预判出东北至西南向梅雨雨带的演变趋势，成功锁定大暴雨中心，为防汛工作提供关键指引。与此同时，这份保障还延伸至全球服务领域，建立所罗门群岛附近区域3公里分辨率中尺度预报系统，为第17届太平洋运动会的稳定运行保驾护航；通过早期预警平台的产品显示及灾害天气预报计划—东南亚和大洋洲区域（SWFP-SAO）产品展示等，进一步提升对全球气象服务的支撑能力。

数值预报中心始终坚持精细化研发自主可控的业务系统，持续深入攻关核心技术，这些成果不仅在重大活动中提供强有力的气象支撑，更围绕航空、航海等交通行业，风光电等新能源行业需求，充分挖掘模式数据资源，打造高品质专业数据产品，让模式数据潜能释放的红利服务实体经济发展。

技术升级还催生出多元化服务能力，近年来，数值预报中心为成都第31届世界大学生夏季运动会、杭州第19届亚运会建立了逐小时更新的实时业务系统并完成本地化部署，通过专项服务保障产品显示平台提供50余种 CMA系列模式产品，还在亚运会服务网站开设专栏，基于 CMA气候模式提供4大类30余种次季节尺度预测产品，同时为中国—中亚峰会等重大活动提供科技支撑；针对第17届太平洋运动会需求，首次向国际提供“高时效、精细化、可定制”的数值预报产品服务，今年更在《内地与澳门特别行政区气象科技长期合作安排》框架下，主动对接澳门地球物理气象局需求，提供定制化模式产品，为第十五届全国运动会气象服务保障奠定基础。

从沿海渔船提前回港避险，到重大工程安全防护；从航班精准调度减少延误，到跨国气象服务协作，数值天气预报正以不断精进的技术实力，将科技成果转化为看得见的安全效益，成为经济社会发展中不可或缺的“隐形护航者”。

《中国气象报》2025年10月27日  第03版