GRAPES数值预报模式亮相云栖大会？！快来围观！

以下文章来源于中央气象台科技创新服务 ，作者成果君

中央气象台科技创新服务

中央气象台，天气预报国家级团队。秉承“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，依靠科技创新，面向行业需求，推进信息与资源融合，创造气象科技服务新时代。

2020年9月17日至18日，2020云栖大会以"数智未来 全速重构"为主题的2020云栖大会举行。今年的云栖大会聚焦 AI 智能、数字驱动、新零售、视频云、边缘计算、云原生等技术应用趋势，探讨企业数字化转型及行业智能化升级之路，为中国经济高质量发展注入新动能。值得关注的是，中国气象局自主研发的数值模式预报系统GRAPES亮相此次大会，引起众多关注目光

tips：云栖大会的前身可追溯到2009年的地方网站峰会，2015年正式更名为“云栖大会”，并且永久落户西湖区云栖小镇，是我国规模最大的互联网及创新技术盛会之一。

在此次云栖大会上，中央气象台总工程师、中国气象局数值预报中心副主任沈学顺向公众介绍了我国自主研发GRAPES区域/全球一体化数值天气预报业务系统建设的最新成果，来看下视频！

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GRAPES系统的关键科学技术?

关键点1：在非静力预估修正半拉格朗日算法、非静力模式全球四维变分同化、有约束卫星资料变分偏差订正方法、适合我国特殊地形和季风气候特点的高精度模式算法、融合我国多型号多普勒天气雷达三维组网同化技术、公里分辨率三维变分同化系统等方面有突出创新，全面应用了我国自主风云卫星和雷达。

关键点2：完全自主研发了我国首个全球中期数值天气预报系统，系统掌握了卫星资料同化技术，使我国与欧洲中期数值预报中心（ECMWF）、日本、法国、英国和加拿大并列为具备自主研制能力且业务运行四维变分同化的国家。

关键点3：高效应用我国组网雷达和风云卫星资料的全国高分辨率（3km）中小尺度数值预报业务系统GRAPES_Meso，统一技术框架下的区域/全球一体化国家数值预报业务完整体系和自动化平台，实现了我国逐日天气预报和服务保障业务的自主可控。

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数值预报的难点在哪里？

科学上的难点： 用千变万化来形容自然界的变化一点儿都不为过，东边日出西边雨,道是无晴却有晴。大气运动遵循物理学的基本规律，这是天气可以预报的基础。但是，我们知道“蝴蝶效应”、“混沌”现象，是气象学家最先发现，并被广泛应用于自然科学和社会科学的各领域，这个混沌现象就说明了天气预报的难度和复杂性。并且，大气中发生的很多物理现象，如云的形成、消散等，基本原理知道，很难用一个明确、清晰的数学公式表达，涉及多圈层发生的物理现象。

工程科技上的难点：涉及卫星雷达探空等大气探测、甚至其他地球圈层如海洋等的观测，涉及多学科，计算量大，需要高性能计算机和计算科学，乃至自动化作业监控，管理调度，通信系统等一系列工程科技方面的问题，是一个集多学科的大工程。

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GRAPES天气预报系统可以达到怎样的精度?

近年来，3公里的GRAPES区域数值模式在中国区域的降水和雷达回波预报成为我国预报员开展暴雨和强对流天气预报不可或缺的参考。今年夏季我国长江、淮河等多条流域出现持续性强降雨天气，防汛救灾形势异常严峻，3公里GRAPES模式的强降水预报为7月长江中下游、新安江、淮河上游等流域分洪以及8月中旬长江上游洪水预报服务提供了有力支撑。6-7月在中国区域的36小时时效内3小时累积强降水预报超过世界排名第一的ECMWF。

相较ECMWF预报能力平均提高40%以上，受到预报员的高度肯定。2020年7月7-8日长江中下游的极端强降水导致安徽歙县7月7日高考未能如期举行、7月9日浙江新安江自1959年建站以来首次9闸泄洪。在这次强降水过程中，3公里GRAPES模式对50毫米以上的暴雨、特别是100毫米以上的大暴雨预报能力远超ECMWF模式预报。

复杂地形地区的降水预报一直是天气预报领域的世界难题，也是检验数值模式预报能力的重要指标。2020年8月中旬四川盆地出现持续性的极端强降水，导致四川出现1981年以来最大洪水、长江上游出现三峡大坝建库以来的最大洪峰。3公里GRAPES模式对这次极端强降水过程50毫米以上的暴雨、100毫米以上的大暴雨预报也是明显优于ECMWF模式预报。

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GRAPES一下步的发展方向?

进一步在精细化和预报能力上推上一个新的高度。加强适应不同尺度天气、不同区域复杂背景的技术完善，并能在我国多领域推广应用，发展壮大我国自主技术实力。

开发基于地球系统科学的全新预报技术，如与大气化学的耦合、海洋海冰的耦合等。一方面延长可用预报时效，尽可能做到“早、快、准”，预报准确度的提前量增加，另一方面开发局地精细化的快速预报预警技术，应对突发性强、生命史短的强致灾天气的预报预警。

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人工智能时代，如何借助AI预测天气?

数值预报与人工智能都是根据已知信息来预测未知，使用的数据都具有高维、海量、异构的特点。数值预报以理论为驱动，注重将气象规律以数学物理公式的形式进行显式表达，而人工智能以数据为驱动，通过预测模型本身来隐式表达数据中的规律。数值预报与人工智能的特点，使得两者能够各取所长、优势互补。目前，中央气象台已经与阿里达摩院开展了基于AI技术的台风定位定强，强天气识别、预报等方面的联合研究，并取得初步进展。

未来人工智能有望在数值预报的全链条中发挥作用，如：观测资料方面，可以改善观测的质控和偏差订正技术，进行多源数据融合；资料同化方面，可以进行同化算法参数优化和替代资料同化方法的开发；数值模式方面，可以进行物理过程参数化方案和关键参数校正；集合预报方面，可以开展初值和模式扰动的量化；数值预报产品应用，可以进行实时订正和长时效预报的误差分析等等。

怎么样，你给亮相云栖大会的GRAPES

打几分呢？

中国气象报社 出品

原标题：《GRAPES数值预报模式亮相云栖大会？！快来围观！》

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