作者:许小峰 来源: 中国科学报 发布时间:2019-5-27
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美国数值天气预报水平缘何落伍

 

■许小峰

前不久,在2019年美国气象学会年会上,美国华盛顿大学教授 Mass再次对美国政府部门的海洋大气管理局(NOAA)“开炮”。他发问:美国在发展数值天气预报进程中,为什么科研开发与业务应用总是不能协调?

虽然表面上看是探讨科研转化的效率问题,但明眼人不难看出Mass批评的实质是美国数值天气预报水平的落伍。那么,Mass如此揶揄美国的预报水平,是否有足够依据呢?他给出了一个排名曲线图,在美国之上的国家或机构确实不少,包括一枝独秀的欧洲中期数值天气预报中心(ECMWF)以及英国和加拿大等。

Mass直言不讳地指出,无论是全球数值天气预报还是区域高分辨率预报,美国都远落后于所应达到的水准,美国海洋大气局的科研向业务的转化是低效的,科技资源的使用也是低效的。

实际上,在经历了一些因灾害性天气造成的巨大损失后,美国国会已经意识到问题的严重性,并且批准了经费支持,还通过了《天气研究与预报创新法案》。NOAA也在努力,近期通过多家参与招标竞争选定了新的模式FV-3作为下一代全球系统模式的核心框架,希望能扭转目前相对落后的局面。

但是,Mass似乎并不认可。他认为,仅靠NOAA自身无法解决现存的问题,应调动更多的资源,由科研部门、私营企业与业务部门共同参与研发下一代模式。

坦白地说,Mass的想法有一定道理,但是否可行还需要实践检验,因为多方参与要求更有效地协调管理和机制设计。正如Mass所指出的,目前的新模式无法进行众创式开发,存在缺乏共同研发的框架结构,没有协同支持平台、文档也不健全等问题。

其实,美国联合预报中心的模式发展咨询委员会也曾对数值天气预报发展滞后原因提出过看法:美国天气局科研、开发与业务化之间的组织和结构存在严重缺陷,美国占有巨大资源优势,包括科技实力、人力和财力,但却没能采取协调、有效的方式去发展数值预报模式,若这种工作机制问题不解决,仅是解决一些表象问题,数值天气预报水平不可能出现显著改观。

所谓结构性问题有哪些呢?Mass举例说,美国天气局内部的各研发机构都是独立发展的,游离于主流业务模式的研发之外,如地球系统研究实验室(ESRL)、地球流体动力实验室(GFDL)。ESRL研发了两个模式:NIM和FIM,但将永远不会被应用。模式后处理和水文预报也与联合数值预报中心不在一起,而天气局的科学与技术集成办公室与预报中心之间则缺乏有效协调。这种发散的组织结构又怎能形成合力、推动进步呢?

另一个问题是NOAA和美国政府对发展数值预报缺乏具体的战略规划,而其竞争对手都有。NOAA有一个战略规划组,但并没有开展实质性工作,通常是列出一个很长的清单,都是需要做的事,而没有实际约束力,他们既不管经费也不管发展,只能是“纸上谈兵”。

除了NOAA被指责,负责航天事务的国家宇航局(NASA)也未能幸免,其被罗列的罪状是不务正业,它不是协助NOAA发展大气海洋业务,而是独自发展很复杂的天气模式,开展气候变化研究。

当然,不仅仅在数值天气预报领域,美国的联邦发展计划在其他领域也存在重复投资和碎片化问题,不是缺钱,而是众多机构做相同的事。

由于NOAA长期在运转落后的预报模式,迫使许多私营企业开发了自己的高分辨率数值模式,且已出现私营企业运行或计划发展全球模式,如松下、IBM公司。

那么,到底该怎么做呢?Mass给出了几点建议:一是重组美国数值天气预报的管理机构,需要一个能统一负责的数值预报模式科研与业务管理组织,该组织要能够在NOAA、DOD(美国国防部)、NASA、NSF(美国国家科学基金会)、农业部等部门之间疏通运作,形成一致;二是NOAA要负责提供一个统一的共享模式开发平台,包含不同时空尺度,可供各研究机构和私营企业便于使用和改进,而目前NOAA的模式系统过于庞杂,必须简化;三是要强化对基础物理问题的研究,包括模式物理过程、大气边界层稳定性、对流运动发展等问题;四是要加强跨机构的研究与业务间的协作。

尽管Mass对美国的数值天气预报批评得非常严厉,但他仍对美国的实力充满信心。他认为,ECMWF绝不是罩在头顶无法突破的“天花板”,美国有强大的科技实力一定能将数值天气预报做得更好。

客观地讲,美国数值天气预报的水平虽与国际顶尖水平相比尚有差距,但整体水平还是处于领先行列之中。反观我国的模式发展水平还远不如美国,我们该如何加快改进,也需要有紧迫感。数值天气预报模式技术水平在整个地球科学中也应是关键的核心能力之一,应纳入国家发展战略,且应得到各相关部门的协同支持。美国NOAA遭受的批评对我们而言也有可借鉴之处,我们也要静下心来听取各方面的批评与建议,这对改进工作、科学发展必不可少。

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《中国科学报》 (2019-05-27 第8版 博客)
 
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