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瞄準氣象服務這塊“金牌”

發布時間:2022年01月27日 來源:光明日報

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,冬季氣溫寒冷,體感溫度時常低于零下20攝氏度。除了嚴寒將考驗運動員的身體素質外,風向、風速、濕度、溫度等氣候因素可能影響運動員的發揮,以及比賽安排。因此,能否對天氣進行精密監測、精準預報,開展精細服務,成為北京冬奧會能否成功舉辦的影響因素之一。瞄準冬奧氣象服務這塊“金牌”,國家重點研發計劃“科技冬奧”項目(氣象)負責人陳明軒揭秘了北京冬奧氣象里的科技密碼。

核心技術多項從零起步

“對天氣的精密監測、精準預報和精細服務,是北京冬奧會成功舉辦的決定性因素之一?!标惷鬈幐嬖V記者,北京冬奧會氣象保障服務的高標準要求就是:“一場一策”“一項一策”,需要將客觀化、自動化的預報做到“百米級、分鐘級”。

據陳明軒介紹,從氣象的角度講,北京冬奧會是近20年內唯一一次在大陸性冬季風主導的氣候條件下舉辦的冬奧會,山地賽場的特點就是大風多、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?!皻夂蛱卣鳑Q定了北京冬奧會的特殊難題就是山地小尺度的風和溫度的精密監測、精準預報,而這在國際上都是尚未解決的氣象難點之一?!标惷鬈幷f,縱觀歷屆冬奧會的氣象服務保障,國際上沒有成熟的、適用于北京冬奧會的可移植技術方案,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保障技術經驗缺乏,所以此次北京冬奧會的氣象服務保障挑戰大、科技攻關難度高,很多技術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,氣象保障服務需要做到空間百米級網格的預報,預報時效至少需要達到10天,這就是研發團隊需要攻克的特殊難題?!标惷鬈幹赋?,從大氣科學可預報性的角度說,空間越精細、預報時段越長,預報難度越大,更何況在地形復雜的山區,除了需要預報常規的風速風向、溫度、濕度、降水外,還需要提供冬奧關注的陣性大風、能見度、降水相態、雪面溫度等特殊氣象預報,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多名科技骨干和預報人員共同組成的冬奧氣象科技攻關團隊,開展冬奧氣象精密監測和精準預報核心科技研發?!标惷鬈幷f。

 4年攻關實現多個“首次”

歷經4年科技攻關,冬奧氣象科技團隊研發出了高精度數值天氣預報模型、多源氣象數據快速集成融合模型、大氣渦流尺度數值模擬計算模型、人工智能誤差訂正模型等關鍵技術方法,構建了冬奧氣象“百米級”預報技術體系,形成了冬奧高精度氣象預報系統“睿圖—睿思”,實現了冬奧山地賽場的0~10天“百米級”網格氣象預報以及冬奧關鍵點位的0~10天定時、定點、定量氣象預報,多項技術填補國內空白,核心技術完全自主可控。

“在往屆冬奧會期間,客觀氣象預報基本以千米網格為主,時間更新頻率是半小時至1小時。在國內,目前的高精度數值天氣預報模型的網格分辨率最高是3公里,部分發達地區客觀預報的網格距可以達到1公里,時間更新頻率基本是1小時或者3小時?!标惷鬈幷f,北京冬奧會高精度氣象預報的空間網格分辨率達百米級,時間更新頻次達分鐘級。精細化氣象預報達到了質的飛躍。

人工智能預報技術是國際上第一次在冬奧會氣象服務保障中獲得應用。陳明軒介紹,冬奧會氣象保障服務需要0至10天內的高精度氣象預報作為支撐,需要做到“定時、定點、定量”的氣象預報,而在地形復雜山區的這種小尺度精準氣象預報本身就是國際氣象界的一道難題,既有的現代數值天氣預報模型和傳統的技術方法有時存在較大的誤差,因此就需要借助人工智能技術和大數據技術,通過對海量的數值天氣預報模型預報數據和大量的氣象觀測數據進行“再解讀”,從而實現客觀氣象預報的“再訂正”,提升冬奧氣象預報的精準度。

陳明軒告訴記者,目前,經國際專家聯合推薦,我們的科技冬奧項目已納入世界氣象組織高影響天氣預報示范項目,可以為國際高影響天氣預報技術研發和應用提供中國經驗。

 成果應用前景廣闊

“‘分鐘級、百米級’氣象服務目標,是基于冬奧賽事實際需求及賽場具體環境提出的。山地氣象預報本身就是國際公認的難題?!标惷鬈幗榻B,海拔落差每100米,氣象環境就有天壤之別;翻過一道山梁,又是另一番光景。山區天氣變化規律也極為復雜。但恰恰只有這種地形環境,才能滿足冬季賽事的比賽需求。

“因此,面臨較高預報難度及豐富氣象要素的預報需求,我們提出‘分鐘級、百米級’目標。通過近年來的技術鉆研和模式研發,氣象部門目前已能夠實現復雜地形下100米分辨率、逐10分鐘快速更新的冬奧關鍵氣象要素預報,滿足賽事保障條件?!标惷鬈幷f。

氣象與國家發展和民生息息相關?!芭c國際同類型產品相比,我們的技術自主可控,形成的相應數據產品具有更高的時空精度和預報精準度?!标惷鬈幈硎?,在后冬奧時代,冬奧氣象科技成果及其在冬奧會的應用經驗和解決方案等,可在氣象預報服務精準度提升方面發揮更大效益,對新時期國家重大活動保障、大城市安全運行、災害天氣預報預警和極端災害天氣應對、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,特別是風能、太陽能領域獲得應用,提升新能源開發和應用的氣象服務能力,助力我們國家能源結構低碳化,推動碳達峰、碳中和目標的實現?!标惷鬈幷f。

(責任編輯:劉淑喬)

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