​编　者　按

        围绕全国科技创新大会关于“强化战略导向”的要求，当前，中国气象局正在深入推进气象业务科技体制改革，大力推进国家气象科技创新工程。其中，次季节至季节气候预测和气候系统模式是实现天气气候“无缝隙”一体化预报的关键。

        模式是气候预测中最核心的工具，气候模式系统的研发与升级是当前世界各国气象界关注的焦点。2014年，由“世界气象研究计划”和“世界天气研究计划”两大科研团体共同发起的“国际次季节至季节尺度预测计划（S2S） ”正式启动，旨在通过新的气候模式系统将预报尺度由原来的两周提高到60天，进而实现“无缝隙”气候预测——即“两周-月-季节-年-年际”尺度的预测。作为国家气象科技创新工程的三大主要项目之一，由国家气候中心承担的“次季节至季节气候预测和气候系统模式”项目承载着追赶国际先进水平、服务国家需求和助推气象事业发展这三个目标的重任。

        我国是受气象灾害影响较严重的国家之一，能否提前准确预测气候的异常变化，直接影响我国防汛抗旱等工作的决策和部署。实现对天气过程内部的极端现象预报、灾害性天气临近预报，不仅是我国科技创新发展战略对气象事业的新要求，更是保障经济社会发展的重要前提。为紧跟国际发展趋势，提升我国气象科技实力，提高为人民服务水平，创新团队围绕次季节到季节气候模式系统的进一步研发展开全力攻坚工作。

     三大难点制约模式提升水平

        我国是利用气候系统模式开展气候预测日常业务的少数国家之一，但所用模式分辨率较国际水平仍有差距。目前，我国大气模式的水平分辨率为110公里，垂直分层为26层，而有些国家在科研领域能达到垂直分层80层至90层。目前，高分辨率气候系统模式BCC_CSM2.0尚未在我国气候预测业务中发挥作用，一系列关键科学技术问题也亟待解决。其中，提高模式分辨率水平、改进初值、推进物理过程参数化是提高模式水平的三大难点。

        “提高垂直分层水平对于提升预测能力有着非常重要的意义。如果我们要在未来实现天气和气候模式一体化，就要同时兼顾天气与气候两个层面，这时，垂直分辨率水平就变得尤为重要。”国家气候中心气候模式办公室主任吴统文分析道，“垂直分辨率的提高有很大难度，不仅需要考虑平流层的重力波组参数化，还需考虑许多平流层的化学过程。眼下我们在这方面的观测资料很少，且对其检验也是个难题。”此外，国外研究发现，在热带地区以准两年为周期的东西风向下传递带来的震荡，反映了平流层与对流层的相互作用，但这样的过程在我国现有的低垂直分辨率模式中是无法模拟再现的，对该现象的研究也就无从谈起。

        改进预报效果除了受模式分辨率的影响之外，还受初值的影响。在气候模式的研究中，不仅要关注大气初值，还包括海洋、陆面、海冰等要素的初值信息。吴统文举例说：“比如某地发生降水，地面土壤湿度就会加大，进而影响蒸发和温度。这种不同圈层间的互相影响会导致各种要素形成链式反应。模式初始状态还原不好，后面的环节就会出现越来越大的误差。”

        东亚地区地理区位、气候条件独特，具有重大研究意义。目前我国对于东亚地区气候的研究水平在国际上具有一定的优势，但对于很多物理过程的分析研究还很欠缺。“在我们项目的研究中，物理过程参数化方案是最为重要的内容之一。国际上对于物理过程参数化研究往往是基于国外的观测试验进行的，对于东亚地区也并不一定适用。”吴统文强调，“特别是青藏高原及东亚气候的模拟改进问题，我国科学家责无旁贷。”

     同场竞技 明确攻关方向

        次季节到季节气候模式系统将从时间、空间尺度和预报要素等方面全面提升预测能力，但摆在面前的困难仍然不小。“我国目前采用的预测模式在临近预报方面存在一定的障碍。”吴统文说，“譬如针对极端天气的预测，从气候角度出发很难预报极端天气，因为极端情况会在集合分析中被平均化。想解决这个问题，需要我们去研究新的预测理论和方法。”

        目前，国际上开展的气候模式比较计划是了解气候系统模式的水平和存在问题的重要平台。今年，吴统文将携其创新团队开发的模式继续参与第六次国际气候模式比较计划（CMIP6）。通过与全球各国的气候模式“同场竞技”，更能看清我国模式的优势和不足。在经过深入研究和对比之后，吴统文及其创新团队设定了三个重点攻关方向：研发基于BCC_CSM2.0研制性能优良的新版本高分辨率气候系统模式，力争实现大气近30公里、垂直分层70层、模式顶0.01百帕、热带海洋六分之一度的模式分辨率以及物理过程参数化的发展；研究适合于高分辨率气候系统模式开展气候预测的初值协调，力争建立海洋、陆面、大气、海冰分量的耦合同化系统；研究模式初值、物理过程以及耦合过程等的不确定性对不同时间尺度气候预测的影响，力争建立针对不同时间尺度气候预测的集合耦合方法和基于高分辨率气候系统模式的集合预测平台。

     开放合作 增强团队实力

        目前，该创新团队已联合清华大学、南京大学、南京信息工程大学、中国气象科学研究院和国家气象信息中心的相关专家，成功申请国家重点研发计划“全球变化及应对”重点专项项目“基于高分辨率气候系统模式的无缝隙气候预测系统研制与评估”并得到批准立项。

        “我们与南京大学有气候预测联合实验室，与清华大学有气候模拟联合实验室的合作意向；针对模式发展方面亦与其他高校及中国科学院大气研究所等单位有很多交流。”吴统文认为，开展团队间合作能够帮助发现自身的缺陷与不足，通过一些评估发现问题：“来自高校的年轻人有他们的优势，比如更有想法，动手能力更强；在某些方面我们或许可以向国外学习，譬如英国气象局的气候模式研究团队中就有很多大学生和年轻的高校教师。”

     啃下“硬骨头”任重而道远

        在实现次季节到季节尺度预测的过程中，吴统文带领的创新团队目前已取得了一些阶段性成果，如气候模式发展取得重要进展——研发和完善了新版本耦合模式的三个不 同 分 辨 率 版 本 BCC-CSM2.0-HR、BCC-CSM2.0-MR 和BCC-ESM1.0，将大气、陆面、海冰模式分量在耦合模式版本中进行了版本更新；资料同化与气候模式预测一体化系统建设进展顺利。

        “新版本定版后，我们已经开始着手进行实验。”尽管已经“拿下”了国家重点研发计划的项目，但是吴统文的压力依然很大，“这是一块难啃的‘硬骨头’，研究内容本身非常复杂，团队的人员也有限。现在我们的工作还处在起步阶段，虽然有了框架，但还需进行很多工作。我们经常要花大量的时间沟通、交流、讨论一些以前从未遇到过的问题。”

        在新目标新方向指引下，“无缝隙”气候预测系统的研发任重而道远。“科研的过程是复杂而繁琐的，其中还伴随着大量的调试、发展与改进。接下来，我们还需要更明确的步骤，更具体化的创新模式，更高昂更积极的攻坚态度。未来的路还很长，需要我们共同努力。”吴统文说道。

    （来源：《中国气象报》　作者：王天雨　徐文彬）