天气预报

风云四号：我国气象预报向精细化迈进

“当你打开手机查看天气的APP，就会发现，现在我国的天气预报已经能精确到一个小时；现在气象主播在播报天气预报时，也已经很少使用‘局地有雨’这种说法……这些变化，说明我国气象预报已经进入了精细化时代。”中国气象局数值预报中心副主任、国家数值预报创新团队负责人沈学顺日前接受记者采访时说，这一切源于我国气象科技工作者近年来一直坚持自主创新，研发了风云卫星和国家级数值预报业务体系。

1.“风云四号”搭载了多种先进气象仪器

2005年1月1日，我国静止气象卫星“风云二号”C星正式向国内外用户发送卫星数据图像，依赖国外卫星数据制作云图成为历史。

13年后，从2018年5月8日零时起，中国新一代静止气象卫星“风云四号”A星将23种先进的国产气象卫星数据和产品正式向全球用户发布。

“这是属于我国气象人自主创新的全新时代。”“风云四号”地面应用系统总设计师张志清介绍说，从“风云四号”第一次研讨会召开至今，各大卫星系统研制团队用22年的坚持，成功将我国自主研发的先进气象仪器送入太空：

大气“CT机”——世界首个静止轨道干涉式大气垂直探测仪，具有对中国及周边地区1小时一次、间隔仅16公里的密集大气温湿分布垂直探测能力。利用该仪器反演得到大气不稳定指数，可提前数小时有效监测到暴雨系统发生前环境条件的变化，在还是晴朗无云的大气中提前发现极端天气的蛛丝马迹，直接提供给预报员进行天气分析和预报。

太空“千里眼”——迄今为止我国最先进的静止轨道扫描成像辐射计，如同一台始终处于开机状态的相机，可24小时不间断“凝视”地球。看得更快，完成1幅东半球圆盘图的观测时间由30分钟缩短至15分钟，最快1分钟生成一次区域观测图像；看得更清，可见光最高分辨率由1.25公里提高到500米；识物更丰，在原有5个通道的基础上增加到了14个通道。

强对流“示踪器”——我国首个静止轨道卫星闪电成像仪，可对我国及周边区域闪电的频次和强度进行探测，获取观测覆盖区内的闪电分布图。将闪电的实时、连续观测数据与云图叠加起来，就能实现对强对流天气的监测与跟踪，从而进行闪电灾害预警。

空间“监视器”——空间天气仪器包，能够对地球静止轨道的带电粒子辐射和磁场环境进行实时监测，空间天气预报员可据此开展空间天气预报和预警；同时，还可对卫星的空间天气效应进行监测，有助于甄别卫星异常状态。

2.中国天气预报更加精准

“这一次，‘风云四号’交到预报员手中的，除了基础的卫星云图外，还有包括大气、云、沙尘、降水、辐射、闪电等在内的23种产品，中国天气预报进入了新阶段。”据张志清介绍，从“风云四号”第一套数据成功回传地球开始，7支应用攻关团队、400多个日夜，攻坚克难，将仪器作用发挥到极致，转化为服务于天气预报的产品：

数值预报领域应用攻关团队将卫星数据放入数值预报模式GRAPES四维变分同化系统中，初步试验表明，这不仅能优化湿度分析结果，还能对热带风场分析结果进行改善。

天气预报领域应用攻关团队建立了基于“风云四号”的西北太平洋和南海台风强度客观估计系统。

气候领域应用攻关团队开发了亚洲季风系统中关键变量的试验性监测应用业务产品，其中强化了对关键区域孟加拉湾季风的试验监测能力，可为南海季风暴发的监测提供参考依据。

生态与环境领域应用攻关团队开发了霾、沙尘暴、雾，火情、积雪、地表温度，湖泊、藻类等丰富的大气环境、地表和水体产品。

公共服务领域应用攻关团队研发了高时空分辨率的“风云四号”地表温度产品，弥补了公路沿线交通气象观测站分布不足的缺陷。

人工影响天气领域应用攻关团队升级开发具有“风云四号”卫星反演计算、集成显示和分析功能的云降水精细处理分析系统，为人工增雨或消雹作业提供参考。

应用支撑领域攻关团队开发了全国综合气象信息共享平台卫星数据资源池，这让应用攻关团队和气象部门国家级业务单位用户可享受卫星数据直达桌面的服务。

3.气象自主创新的路走对了

除了“风云四号”卫星，今年，气象领域的另一项重要核心技术——“数值预报系统”也被中国气象科技工作者掌握。沈学顺介绍：“数值预报因为涉及卫星、雷达等多源大气探测、超级计算机等技术，被誉为气象事业的‘芯’，是气象事业最重要的核心技术。从2010年中国气象局数值预报中心成立开始，经过8年的努力，国家级数值预报业务体系今年将全部被自主研发的技术替代。有了自主研发的GRAPES数值预报系统，我国的精准天气预报将不再依赖‘欧洲中期天气预报中心模式’。”

“自主创新的道路很漫长，但现在看来是走对了，保障了我国在2017年5月顺利成为世界气象中心。”沈学顺说，其实早在2001年，我国就开始自主研发新一代全球-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；2014年，高分辨率资料同化与数值天气模式被确定为国家气象科技创新工程三大攻关任务之一，自主创新的脚步不断加快；2015年年底，GRAPES全球预报系统2.0版本通过专家鉴定；2016年，正式业务化运行并面向全国下发产品的GRAPES全球预报系统，被视为我国数值预报技术体系全面实现国产化的大作，也宣告我国全面掌握了从全球预报到区域高分辨率预报的系列数值预报核心技术。

“要完成核心技术的攻关，必须要有围绕核心问题的基础研发积累和持之以恒、日积月累的研发储备，必须要有让活力得到充分激发的体制机制，要有踏踏实实的科研队伍。”国家气象中心主任、研究员王建捷说，现在我国全球数值预报系统平均可用时效超过7天，预报产品数量已增至70种，并出口到“一带一路”沿线国家和地区，为当地提升灾害性天气预报能力、增强天气预报准确性提供了中国力量。

“GRAPES数值预报系统发展规划明确提出，到2020年，我国将基本建成从局地公里尺度到全球10公里尺度的GRAPES气象灾害及环境精细化数值预报体系；形成下一代大气模式框架原型系统，为天气气候一体化数值预报系统的建立奠定基础。这将会使我国大雨（雪）以上量级降水过程的0至12小时、0至24小时预报更加精准，24小时台风路径预报误差小于70公里，国家级环境气象预报模式预报时效延长到7天。”沈学顺说，到时，中国自主研发的气象观测“硬件”和预报“软件”都将进入国际先进行列。