從望天到測天：他們用中國力量解密氣象難題 | 科技自立自強之路
70年來
從靜觀風起雲涌的經驗判斷
到以嚴格推理計算爲憑據的數值預測
我國數值天氣預報實現了
從感性認識到理性認識的蛻變
目前已趕上世界先進水平
同美、歐、日等全球氣象中心並駕齊驅
爲全世界氣象監測預警提供可靠參考
以國家最高科技獎獲得者、
中國科學院院士曾慶存 爲代表的
中國科學院大氣物理研究所 （簡稱大氣所） 科學家
和中國氣象局的氣象專家一道努力
用堅持不懈的創新
爲數值天氣預報和氣候預測的發展
提供了源源不斷的動能
▲曾慶存（右）與同學在蘇聯留學。
1960年的一個冬夜
莫斯科下着鵝毛大雪
計算機發熱的電子管烘得整個機房熱乎乎
凌晨一點
曾慶存採用其首創的半隱式差分法原理
僅用一個小時就在計算機上獲得了
世界上第一張
以原始方程做真實預報的天氣圖
當年，半隱式差分法原理成爲
蘇聯科學院重大成就之一
該方法立刻被用作每天的數值天氣預報
試報一年的準確率超過60%
符合天氣預報實際業務要求
1962年，莫斯科世界氣象中心開始
用該方法向全球發報數值天氣預報
這就是世界採用斜壓原始方程
做天氣預報業務的開端
▲曾慶存介紹半隱式差分法原理。
1961年，曾慶存從蘇聯學成歸國
當時我國高速計算機資源缺乏
無法用斜壓原始方程做短期數值天氣預報
爲了更好地開展短期數值天氣預報
曾慶存決心轉入更深入、更抽象 的基礎研究
在那段艱苦又充實的日子裡
曾慶存與合作者實現了
一個又一個“首次提出”：
創立了數值天氣預報與地球流體力學的
數學物理系統理論和計算方法
研製了數值天氣和氣候預測模式
建立了大氣遙感系統理論
發展了定量信息提取方法
1979年，曾慶存撰寫的
《數值天氣預報的數學物理基礎》出版
開創了大氣和地球流體力學的
數學物理系統理論
在全球學界引發廣泛關注
國際數學家聯盟原主席Lions大力推介該成果
此後應用數學界形成了
研究大氣和地球流體力學問題的數學分支
如今已是中國科學院院士的王會軍
對氣候變化、古氣候數值模擬很感興趣
大氣所研究員胡非
則更關注大氣和地球流體邊界層
中國科學院院士戴永久
主要負責陸面過程模式的研發
國家衛星氣象中心首席科學家李俊
主要研究氣象衛星和相關的大氣紅外遙感
他們都是曾慶存的學生
研究方向各有不同
後來都成長爲我國氣象研究的骨幹
大氣所氣象科學研究的佈局逐漸成型
曾慶存帶領他們進行跨季度氣候預測研究
設計出大氣環流模式、大洋環流模式
他們獨創的動力框架躋身國際先進行列
該模式從1990年開始
連續5年 用於季度和跨季度氣候預測
都取得了成功
並在1994年建立
世界第一個實際應用的短期氣候預測系統
▲曾慶存手書的治學心得。
後來曾慶存萌生了建立我國自己的
地球系統模式的念頭
當時國際上已存在大體成型的氣候變化研究模式
有的還開放共享源代碼
有人認爲可以直接使用現成的開源系統
但曾慶存力排衆議，堅決表示
中國必須有自己的地球系統模式
“我們自己有模式、有計算數據
就有氣候談判的底氣！”
2003年
大氣所正式提出研製“地球系統模式”
2007年獲中國科學院立項支持
其後又獲國家的大力支持
並命名爲中國科學院地球系統模式
歷經14年攻關
2021年，“寰”誕生了
它是我國首個研製成功的
地球系統數值模擬大科學裝置
能通過計算模擬真實地球的風雲變幻
並規劃人類的一些建設方案
在“寰”中輸入某一時刻的觀測數據
就能通過大規模數值計算
推演地球不同圈層的變化
就好像給地球做可視化CT一樣
“寰”可以幫助科研人員更好讀懂地球
更精準、全面認識地球變化
研究全球變化的機制和機理
預知地球的未來
▲地球模擬實驗室展廳。本文均爲大氣所供圖
除了爲實現“雙碳”目標提供科學支撐
“寰”還將被廣泛應用 於
防災減災、環境治理、可持續發展等
重大科學問題
曾慶存說
相信 未來中國的氣象科學
和地球系統科學事業的前途
一定光明！
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來源：中國科學報
責任編輯：宋同舟