2015年12月31日，GRAPES全球数值预报系统通过业务化评审，由中国科学院院士、中国工程院院士以及中国气象局相关业务单位人员组成的评审专家组一致认为该系统已具备业务化运行能力。

　　十年磨剑成果丰硕

　　GRAPES全球数值预报系统的研发经历了什么？中国气象局数值预报中心主任王建捷概括为“十年磨一剑”。

　　2001年，中国气象局开始自主研发我国新一代全球/区域通用数值天气预报系统（GRAPES），并在区域模式上取得成功。

　　2006年，GRAPES区域数值预报业务系统（GRAPES-Meso）正式投入业务运行。

　　2007年7月， GRAPES的研发全面进入全球模式系统发展阶段。

　　2009年3月，中国气象局完成GRAPES全球数值预报系统的前期试验，开始准业务化运行。

　　2013年10月，我们对该准业务系统进行了一次小的技术升级。

　　2013年至2015年，经过连续两年的回报试验，目前GRAPES全球数值预报系统已经比其准业务系统版本有非常大的进步。

　　王建捷列出的这一串时间，正是GRAPES全球数值预报系统研发的几个重要节点。

　　在系统研发中，专家学者们遇到了很多实际问题，这些问题既是技术问题，又是科学问题。数值预报中心首席科学家沈学顺向记者抛出诸多专业术语：模式空间三维变分及其优化、观测资料的高质量同化、更多卫星资料同化、动力框架的精度和稳定性、物理过程的协调性和合理性、计算效率优化。这些关键技术，正是在研发过程中要‘啃’的硬骨头。

　　“比如，在进行全球同化研发时，我们发现在赤道地区的中高层总会出现东风分析异常现象，而当时还没有特别好的解决方法。针对这一问题，我们开展了系统研究，发现是同化系统不能很好地表达赤道地区存在复杂的波动特点造成的。我们通过优化系统，使整个分析能力得到了明显提高，问题也就迎刃而解了。”数值预报中心副主任龚建东告诉记者。

　　经过一批批数值预报领域专家学者十多年的努力，GRAPES全球数值预报系统已显著改善了模式的计算稳定性和质量守恒性，可提供10天的全球天气形势及降水预报，水平分辨率达0.25度，垂直层数达60层。同时，该系统的资料同化能力明显提升，卫星资料占比明显增加。

　　各项性能指标总体超过T639

　　据GRAPES全球数值预报系统的改进及性能分析报告显示，该系统与GRAPES准业务模式、现行全球业务模式系统T639以及ECMWF、NCEP和日本等国际主流同期数值预报产品的对比分析表明，GRAPES全球数值预报系统形势场预报各项指标虽与国际一流水准尚存在一定差距，但相对T639模式已经有较为明显的改进。

　　“GRAPES全球数值预报系统各项性能指标已总体超过T639。”王建捷说，与T639作比较，是因为T639是当前的全球模式业务系统，其核心技术是先期从国外引进的，这也更能说明我国数值预报核心技术的自主发展取得了明显进步。

　　在进一步对比GRAPES全球数值预报系统与T639的优势时，龚建东认为，T639是引进集成和再创新的模式，分别在使用美国的资料同化系统和欧洲中期预报中心早期的一个全球模式的基础上，进行了模式同化改进。目前，T639的最主要问题是所用资料较少，卫星资料占比不超过30%。而GRAPES全球数值预报系统在同化资料分析方面与T639采用的是相同的技术，但其资料应用水平远远超过T639，卫星资料占比达到70%，卫星资料同化方面优势明显，这是一个很大的技术进步。

　　记者了解到，除了具有同化更多的卫星资料这一优势外，GRAPES全球数值预报系统在应用观测资料的高质量同化技术方面也具有明显优势，其同化观测资料时，在质量控制和偏差订正技术方面可以做得更好。

　　系统技术水平的高低，直接决定着预报能力的高低。目前，GRAPES全球数值预报系统的形势场预报时效更长，雨区雨带预报的误差较小。该系统降水的小雨预报能力已接近ECMWF的预报水平，不同阈值下的模式空报问题已得到解决，而中国区域的降水预报形势，特别是中国东南部的主降水区的形势与实况更为接近。

　　未来十年进军第一梯队

　　GRAPES全球数值预报系统通过验收后，接下来还要对接业务系统后端的应用系统。在今年汛期之前，该系统有望正式投入业务运行，向全国下发指导产品。

　　数值预报最关键的三方面技术是模式框架技术、模式物理过程技术和资料同化技术。“与数值预报领域的先进国家相比，我国在这三个方面都还有比较明显的差距。所以，GRAPES全球数值预报系统的投入业务运行并不是终点，而是下一步研发的起点。”王建捷表示。

　　“比如，目前欧洲中期预报中心使用的资料同化技术是集合同化技术，美国用的是三维变分和集合混合同化技术，而我们还在用三维变分技术。欧洲中期预报中心的模式精度和守恒性都比较好，而我们的动力框架精度还有待提高。所以，发达国家从技术方法层面已经领先我们一大步。技术上的相对落后，势必导致我们模式的预报效果也比不上发达国家。”她详细分析了差距。

　　面对与数值预报领域先进国家的差距，如何缩小甚至赶超，成为摆在中国数值预报领域专家学者面前的难题。数值预报中心的“十三五“规划明确提出2017年到2018年，将建立以GRAPES为核心的业务体系。

　　据王建捷介绍，GRAPES全球数值预报系统的业务化运行还只是单一确定性预报系统的业务化，而基于GRAPES全球模式的集合预报系统还在发展中。“我们要建立一个体系，既要有确定性预报，又要有集合预报，争取在未来两年实现从GRAPES单一的确定性预报业务发展到GRAPES全球集合预报业务。”

　　而沈学顺也表示，“目前，我国的同化技术相对落后，我们正努力发展四维变分技术。在过去的两年里，该项技术进展较快，为下一个两年推向业务运行奠定了基础。今年，我们还要投入更多的力量，向业务化方向做进一步研发。”

　　展望我国数值预报的未来发展，王建捷道出了自己的心愿，“如果把欧洲中期预报中心以及美国、英国和日本等看作是数值预报领域的第一梯队，那我们目前还处于第二梯队。希望再经过十年的发展，我们可以接近甚至进入第一梯队。”

　　（作者:中国气象报记者 宛霞 通讯员 管成功 来源：《中国气象报》2016年1月26日一版）