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风云莫测,丹青难写

作者:jnscsh   时间:2022-02-16 08:40:21   浏览次数:

曾经,“天有不测风云,人有旦夕祸福”这句古话揭示出人类面对莫测的自然现象的无奈与无助。而今,在一些气象学家眼里,变幻莫测的风云不过是只“纸老虎”。在气象研究领域,让这只“纸老虎”无法兴风作浪的,便是“世界气象组织青年科学家研究奖”获得者、中国科学院大气物理研究所研究员钟青。

钟青,中国科学院大气物理所研究员,1964年出生,1985年北大本科毕业,后获得博士学位,国家973課题负责人。1998年获国家推荐的首位世界气象组织“青年科学家研究奖”(全球两人)时任气象局局长的温克刚指出此奖为世界大气科学界为青年科学家设立的最高奖,并被盛赞为“祖国的荣誉”“整个大气科学界的荣誉”。对科学执着的追求使他在不到十年的大气科学研究历程中,一步一个脚印,向着科学高峰迈进。加上敢作敢为的性格,他敢于对世界著名理论提出疑义,这又形成了他独特的研究思维和研究风格。

历经20余年的不懈努力,通过“973项目”非静力区域动力模式理论基础及应用研究课题的支持,他研制的高保真非静力区域模式动力框架为改进和完善暴雨数值预报模式开拓了新的思路。他将“完整的新一代中尺度暴雨预报模式系统”变为现实,且完成了一次“产学研”的跨越,其中,数值模式发展研究成功自主研制区域F-MODEL新型临近数值预报系统,参加奥运业务运行;成功构建非静力全球谱模式。这两项工作国内外未见先例,为2008年北京奥运会的顺利进展提供了有力保障。同时,他研究的集合卡门滤波资料同化系统发展取得新进展,适应性观测研究已能提供成功示范实例,填补了国内空白。提高影响天气预报的技巧是21世纪科学与社会的重大挑战,“十二五”期间,他还为迎接全球为此展开的THORPEX计划,做了不懈的开拓和努力。

结缘之路

“其实,我父母都是搞文学的,可是我却走上了相悖的一条科研路。”说起少年时期的文理科选择,钟青笑道,与大气动力学的结缘并非天定。钟青出自书香世家。钟青的父亲是研究文学的,在文学领域颇有名气。而其母亲则是一位语文教师。文学的滋养与熏陶,让从小饱读诗书的钟青同时拥有文科人的细腻、感性,又同时具备理科生的理性、严谨,文理两重天,似乎冥冥中一切已经注定,钟青的一生绝不会是平凡的存在。少年时期,成绩一向优异的他,对于生命科学心驰神往。然而高考中过于松弛导致的稍稍失常,使得他与心仪的学科擦肩而过,迈进了北京大学地球物理系动力气象专业的门槛。

读本科时,钟青对于气象科学显得有些三心二意。然而师长们的谆谆教诲,潜移默化地影响着他的人生走向。1985年,钟青从北京大学毕业,考入中科院大气物理研究所读研究生。凭着初生牛犊不畏虎的执着和闯劲,读研期间,他首选的命题便是厄尔尼诺现象和南方涛动。因为,心忧民生,踏实做事的钟青一直致力于极端天气的研究,而发生在赤道太平洋区域的厄尔尼诺事件一旦出现往往会带来全球气候异常,造成全球灾难性后果。这一现象现于19世纪,国际学术界长期致力于研究其原因,但直到20世纪80年代,仍然未果。可以说,这绝对是一个世界级科学难题。

万事总是开头难。在计算机信息技术并不发达的当时,仅查找阅读文献就是一个浩大的工程。但凭着执着和韧劲,他知难而进、知险而攻,每天去图书馆翻阅、查询,等到读完中科院图书馆的所有相关文献时,同届的硕士毕业典礼都要举办了,而他,论文还只字未动。压力纷至沓来,心头的纷扰在毕业之时也更加沉重。“有思路,但线索不是很清晰。再加上毕业和出路问题,我突然感觉到了很大压力。”钟青说可能是重压下的灵光突现,也可能是日常积累的知识由量变产生的质变。窘境中,钟青突然茅塞顿开,决定跳出传统的经典理论框架,把厄尔尼诺和南方涛动现象归结于大气—海洋耦合非线性本征系统中简单的非线性本征问题。这是国内外首次出现的思路,其实质是把一个艰难甚至不可分析的无穷继问题转化为一个等价的有限维易分析的问题。或许黑暗的尽头总有阳光,他把自己关在宿舍里,十来天的时间,几百页纸的计算和推导,终于完成了他想实现的结果。

他的导师也说,钟青的研究能够解释厄尔尼诺周而复始而又间隔不等的2—10年周期性和周期的不规则性以及发展和终止的突变特点。

成熟的麦穗,总是低头向着大地。在973计划项目我国重大气候与天气灾害的形成机理和预测理论研究中,钟青基础理论研究成果包括构建物理保真算子理论。理论上证明存在物理守恒(如,三次全能量)保真方案,它们是线性与非线性计算稳定性充分条件,可在消除与物理守恒离散破坏相应系统误差/计算性虚假源汇并且不损害离散截断精度的前提下,解决计算稳定性问题;它们适用于静力与非静力原始方程模式;适用于任意真实地形稳定计算;适用于水平扩散等物理效应保真计算。非静力区域动力模式研究成果:新型非静力全弹性区域格点动力模式FNHRM采用与MM5一致的地图投影坐标及Arakawa-B水平网格分布、固定SIGMA坐标以及Lorentz垂直非均匀分层配置;以三维风分量、气压、密度及相对湿度为基本预报量,其新型二阶精度空间差分方案具有全能量和质量保真特性,是针对通行非静力模式中存在的过度耗散和守恒与转换整体物理性质离散破坏等通病,利用中国自己独特的保真算法,从保持各微元间能量和质量传输关系及每一个微元内部各能量分量转换关系出发而构造的;时间离散采用通用分裂算法;水平扩散采用双调和算子;采用包络地形与实时侧边界方案。实例测试显示:大尺度天气形势模拟新框架与MM5大体相当,平坦与青藏高原等特殊高大陡峭地形条件下中小尺度天气细致涡旋结构的有无与定量模拟新框架与分析资料更为一致。

对此,钟青谦逊的自我评价道,受现有通行计算稳定技术制约,过度耗散问题是数值预报模式中普遍存在的难点科学问题。由于非静力模式固有特性,加之国际上研究不过10年,国内刚起步,此问题更为突出。理论和实验都证明,(三次)全能量物理保真方案是优于国际通行稳定性技术的模式新计算稳定方案,能够保持模式计算精度,减小模式系统误差。物理保真算法具有普适性,适用于静力与非静力模式。非静力FNHRM,空间差分方案具有(三次)全能量和质量保真特性,与国际通行非静力模式比,即是整体性质保持方面进步,同时也是计算稳定方案一个优化;它采用了能够较好反映实际情况实时侧边界方案,与MM5在水平网格最外侧须采用人为耗散松弛边条件比较,是另一个进步;在考虑次网格水平扩散效应时仅需采用简单双调和算子,且黏性系数比MM5要小1—2个量级,就可稳定计算,从而在缓解过度耗散问题方面具有优越性;采用与MM5原有地形数据相比,能更好地反映中国地形特征包络地形,是进步,更是稳定方案优化后的结果。实例测试显示出新框架在中小尺度天气细致结构模拟能力提高,正是以上几点直接或间接体现。

首战告捷

良好的韧劲是“执着精神”的重要内涵之一。凭着这份执着,钟青一直在大气动力学上、尤其对于极端天气现象默默探索了二十余年。厄尔尼诺现象攻克了。然而,真理在最初总是掌握在少数人的手中。在当时国内科技还不甚发达的年代,想要得到认可可谓蜀道之难,难于上青天。他一次次投稿,想将自己研究的成果公之于众,得到专家们的认可。但是却屢屡石沉大海,没有回音。

在国内碰壁后,钟青决定将之投至国际刊物试试。因为长期关注,偶然一次机缘,钟青在国外一期专家交流讲座后,将其研究成果投至国际刊物,引起相关国外专家的兴趣。文章发表之后,国外不少同行,甚至包括耶鲁大学的教授等都来索要。1994年,基于这一成果,他在北京市第三届青年科技论文奖评选中获得了一等奖。首战告捷,不畏挑战的钟青,又对那个让他对大气动力学萌发初始兴趣的世界难题跃跃欲试——守恒格式。

物理守恒定律是自然界的基本规则,本质是非线性的,相应物理模式模型往往只能离散计算,数值求解,在把连续变化的问题转化为离散性数值求解时,必然涉及物理量时间和空间的守恒格式问题,近百年来,人们解决的只是一些理想的特例情况下,半离散瞬时守恒格式和平凡的一次全守恒格式。钟青认为,作为19世纪的3大自然科学发现之一,能量守恒和质量不灭几乎是整个物理科学的基础,而气象科学则是物理科学的一个分支。解决物理量的时间和空间守恒格式问题,将会对整个气象科学产生重要的意义,这种认识又一次激发了他向科学高峰冲锋的兴趣和决心。

在对问题进行分析的过程中,他了解到我国著名大气科学家早就提出要把时间考虑到守恒格式中去,在前人工作的基础上,钟青针对被视为瓶颈的离散格式构造问题,展开了一场攻坚战。他提出了物理守恒保真概念,建立了几种守恒格式方案,并在解决时间离散化理论上产生了新的进展。其论文《物理守恒律保真格式构造与数值预报斜压原始方程传统谱模式改进研究》发表在1998年第6期《气象学报》上。

同年秋天,他被授予世界气象组织青年科学家研究奖,成为第一个代表国家被授予该奖项的中国人。“毋庸置疑,他已经取得了卓越的研究成就……该项工作将解决与发展方程问题相联系的、类型更加广泛的线性与非线性计算不稳定性问题,并且在提高气象学理论方面具有重要性……”这是1998年6月,钟青凭借《物理守恒律保真格式构造与数值预报斜压原始方程传统谱模式改进研究》获得世界气象组织青年科学家研究奖时,时任世界气象组织秘书长奥巴西代表世界气象组织对他所做评价的一部分内容。奥巴西认为他获得此项奖项“当之无愧”。而钟青也从无名小辈逐渐走入学术先锋行列。那一年,钟青34岁,是第一个代表中国获得世界气象组织青年科学家奖的中国人,那一年,全球只有两人获奖。

基于“保真说”,2003年,在国家973计划项目“我国重大气候与天气灾害的形成机理和预测理论研究”支持下,他又完成了“非静力区域动力模式理论基础及应用研究”,为我国非静力模式可持续发展提供了比较扎实可靠的科学基础与先进技术平台。受现有通行计算稳定技术的制约,过度耗散问题是数值预报模式中普遍存在的难点科学问题。由于非静力模式固有特性,加之国际上研究不过10年,国内刚刚起步,此问题更为突出。

在该系列研究中,他构建了完整的物理保真算子理论,从理论上证明了存在物理守恒保真(三次全能量)方案,是优于国际通行稳定性技术的模式新计算稳定方案。它们一则可在线性与非线性计算稳定性充分的条件下,消除与物理守恒离散破坏相应的系统误差/计算性虚假源汇,二则可在不损害离散截断精度的前提下,解决计算稳定性问题。这一理论不仅适用于静力与非静力的原始方程模式、水平扩散等物理效应保真计算,还适用于其他任意真实地形稳定计算。

通过对非静力区域动力模式进行研究,他发现,以三维风分量、气压、密度以及相对湿度为基本预报量,其新型二阶精度空间差分方案具有全能量和质量保真特性,是针对通行非静力模式中存在的过度耗散和守恒与转换整体物理性质离散破坏等通病,优于国际通行稳定性技术的模式新计算稳定方案,能够保持模式计算精度,减小模式系统误差。新型非静力全弹性区域格点动力模式FNHRM采用与MM5一致的地图投影坐标及Arakawa—B水平网格分布、固定SIGMA坐标以及Lorentz垂直非均匀分层配置,利用中国自己独特的保真算法,从保持各微元间能量和质量传输关系及每一个微元内部各能量分量转换关系出发而构造。其中,时间离散采用通用分裂算法。水平扩散采用双调和算子。在采用包括地形与实时侧边界方案的前提下,实例测试显示,大尺度天气形势模拟新框架与MM5大体相当,平坦与青藏高原等特殊高大陡峭地形条件下中小尺度天气细致涡旋结构的有无与定量模拟新框架与分析资料更为一致。该系列理论的完成也为钟青的后续研究奠定了坚实的基础。

穷尽探索

科研其实是一条孤独的路,尤其在这样一个喧嚣的物质社会,他从未想过,这样一项研究,从开始到被认可,会前前后后折腾他近十年。期间,他的同学有的出国了,有的经商了,日常交流间发现,他当时的收入大约是人家的1/30。可见,改革开放之初,虽然科研境遇有所提高,但与国外相比还是无法同日而语。与此同时,也有国外的专家邀请他出国,他还是拒绝了。一个人为了一项事业,心甘情愿的付出一生的心血,为极端天气预报穷尽求索奋斗了二十余个春秋,在现在的一些人看来简直不可思议。遥想当年,一批批热血青年抱着信念和理想踏入商海仕途之路,而今风生水起。而钟青教授却选择了与天气为伴,为人类公益事业的科学调研之路可谓知难而进。

钟青是个冷静的人,他在闲聊中十分喜欢谈及关于心态的问题。在他的眼中,平和不是消极地去看问题,而是更客观。其中,度的把握是关键。科研只是在做个冷静人的前提条件下的一个小儿科而已。钟青说,做事情我不贪多,心态比较平和,而且我能够很好地看待逆境,把事业坚持下来。做任何事情都需要自己去体验本质,从而把握真相。

性格决定命运,在钟青成功的因素里,他敢想敢为,喜好钻研以及良好的心态都是关键。十几年的枯燥科研,无以计数的碰壁,不管是处于什么样的劣势,钟青都稳稳地走了过来。他轻描淡写地说了一句:“在任何时候,人,都是输给自己的。我就是这样的人,不做别人做过的事儿,跟在别人后面那没多大意思的。认准了一条路,就一直往前走。”因此,钟青在迎来一些成就之时,在他看来,一切的一切均是他的执着精神和谋定而后动。在关键时刻,衡量取舍某些事情时,人都是要根据自己的人生目标来取舍的。

说到“天有不测风云”,钟青可不这样认为。他说,既然自己是预报员,就要随时应对各种复杂的气象,处变而不惊。天有可测风云,在钟青看来,他看重的不是比谁预报得更准,而是把研究能用于自然界里的趋利避害上,更好地降低自然风险,减少灾害对人类造成的伤害和损失。在钟青眼里,在历史中淹没的古代精华,特别是为人类做过贡献的东西,要拿出来重新为人类服务。他认为古人对天象的长期观察及用月亮测天气等都是可以借鉴的,总之,古人是聪明的。他们为星体取名是根据本能本性来取的,这不是迷信。

蜀道之难

长久以来,人们一直在试图寻找各种方法预测自然灾害发生的时间和地点,以免受到侵袭和影响,但是并没有取得应有的效果。据民政部、国家减灾委员会公布的数据,2013年8月,各类自然灾害共造成全国13939.8万人次受灾,367人死亡,115人失蹤,313万人次紧急转移安置。东北和华南地区灾情尤其严重。突如其来的大暴雨、高温难耐的酷热……“老天爷”真的难以莫测吗?“你们知道吗?我国每年因各种气象灾害造成农业受灾面积5000万公顷,直接经济损失占GDP总值的1%—3%,占GDP增加值的10%以上。”钟青一脸沉重地说。“GDP总值的1%—3%,GDP增加值的10%以上”——对于经济建设而言,这意味着巨额的财富构成,对于灾区群众而言,甚至意味着生命安全。

钟青始终重复这么一句话:生存始终是人类永远关心的话题。研究极端天气现象的初衷就是因为其对地球人类所造成的影响甚至威胁有没有办法防范、去解除、去改造……时至今日,人们无法忘记2012年7月21日,北京城遭遇六十多年以来的那场最大降雨。暴雨引发房山地区山洪暴发,洪涝灾害造成房山、通州、石景山等11区(县)12.4万人受灾,4.3万人紧急转移安置。全市受灾人口190万人,79人遇难。

不仅如此,近几十年来,灾害性天气事件造成的损失迅速增大。每年全球灾害性事件导致的经济损失从20世纪50年代的40亿美元增长到20世纪90年代的400亿美元。据慕尼黑再保险公司估计,仅1985—1999年欧洲因为天气造成的损失就高达1150亿美元。而近年来,西欧经历的各种严重天气事件,对基础设施和资源也产生了极其严重的后果,造成了大量的人员死亡。2005年夏季,欧洲的几个地区的异常干旱也造成了严重的经济损失,尤其是农业的损失。曾有人这样评价,“卡特琳娜飓风袭击新奥尔良带来的损失相当于打了一场海湾战争。”难怪气象经济学的德菲尔定律说,气象学上的每一分投入都能产生98分的回报。

科技作为第一生产力,谁占领科技,谁就抢占了制高点。这些,各国政府能看到,学者们也能看到,钟青自然也不例外。钟青说,“好的预报依赖好的预报模式和好的预报资料,只有两者都好,才可能预报得更好。”建立科学的预报模式,在海量数据中把真实、有用的数据提炼出来,把“噪音”滤掉,这是精准天气预报需要解决的问题。

对于中小尺度,尤其是风暴尺度天气事件的预报,雷达资料起着关键性作用,利用雷达资料同化技术,为模式提供一个合理描述大气中水汽场和风场的初始预报场。在此基础上,采用新型非静力模式对预设的个例进行预报,并通过统一的标准检验其预报效果,这就是钟青要走的技术路线图。靠着这份认真执着和科学审慎,钟青对这种预测天气的方法越来越有信心,预测准确率也在不断提高。

2007年8月12日,北京地区一天出现了3次强对流过程,其中20时的强对流过程最强,它的特点是骤雨、大风、冰雹,因其突发在中心城区且强度强,成为一次高影响天气。受上下一致的偏北气流控制,近地面层的热力强迫可能是对流启动的主要因素,是一次有相当大模拟难度的强对流天气。这种强对流生消非常快、强度高、非常局地,且天气分析表明大尺度温湿压梯度不明显,不是天气系统,配置很好的强对流过程。在这种状况下,由于缺乏连续的三维中尺度资料,国外直接引进的中尺度模式无法模拟出这次过程。

而钟青研发的F—model系统,不采用雷达资料初始化能够捕捉大尺度温湿压梯度不明显的中小尺度强对流,采用雷达资料初始化之后,F—model能够模拟出强对流的发展演变过程,能够模拟出云团并合、新生加强及午后零星热对流现象。而通过对2007年汛期6个北京地区强对流天气个例的检验结果表明,F—model比业务运行的国际上最现代的WRF/ MM5模式预报表现更佳。

从观测角度来说,他们一反国际上资料稀疏的海上区域测试传统,改为难度更大的资料密集陆上区域测试方法,构建出测试中尺度适应性观测系统,预报效果令人振奋;在资料同化角度,他们吸取美国和欧洲资料处理系统的经验教训,自主研制出集合卡尔曼滤波中尺度资料同化系统,已能同化雷达资料,而这一点,国内外目前均在探索中,为了建立先进的模式,他们吸取国际新一代非静力数值模式先进技术,采用中国自主发展起来的独特的能量——物质保真技术,自主研制新一代区域非静力新型保真模式F—model,其水物质保真计算也已取得新进展。

不仅如此,虽然国内外已有非静力全球格点模式,但非静力全球谱模式目前仅存在于ECMWF未来规划中,他们却将之变为现实,自主研制出新一代全球非静力欧拉谱动力全模式。另外,他们还摆脱了国际上大尺度集合预报天气的框架,发展出基于奇异向量及随机方法的中尺度集合预报系统和集合外推临近预报系统。而在理论上揭示保真计算理论可通过改进正压、对流、斜压发展乃至能量级串过程,可为有效应对“提高高影响天气预报技巧21世纪科学与社会重大挑战”提供新途径。

在钟青看来,天气预报的准与不准要看问的“问题”。问题的难度不同,答案的准确率自然也不一样。尤其上午还晴空万里、下午便暴雨如注的转折性天气难以把握。加上在全球气候变化的背景下,超强台风、持续暴雨、特大干旱等极端天气气候事件发生的频率和强度呈增加趋势,而且往往由于持续时间长而导致了更为严重的气象灾害。这要求预报人员通过计算机、观测站等获取数据外,还要与实践经验相结合,这样才能更准确地做出预报。

2008年奥运会正值北京暴雨频发期,因此,北京夏季暴雨就成了2008年奥运会气象预报与服务保障中最重要的高影响天气。奥运会前夕,钟青团队研制的数值预报系统被安装到北京市气象局高性能计算机上,进行了降水个例预报试验和奥运期间的业务F—model化试运行。2008年7月26日至2008年8月31日奥运会期间,在北京市气象局参加了业务化应用试验,事后检验结果表明,F—model对强降水的预报具有较低的空报率和漏报率,预报效果能达到业务化应用的要求,在关键灾害性天气预报中可起到明显的提示作用,可以作为短时业务预报的应急系统。

而考虑到钟青课题组研发的“多普勒雷达交叉相关外推技术”,能够利用集合的思想,考虑多时刻单体回波演变过程,提出改进目前国内利用集合的方法外推回波研究的不确定方案,可能更好地提供未来一小时的回波特征,且经过了批量的前期个例检验。因此,2009年,济南市政府也把该系统作为全运会气象保障项目,并针对济南的地理环境特征,采用最优化处理方法得到Z—R关系,能够实时提供逐小时估测降水。如今,已處于稳定业务运行阶段。

二十多年内反复实践,探索、大胆创新,他在中长期天气预报研究中积累了丰富的短、中、长期天气预报经验,多次正确预报重要灾害性、转折性天气过程,为国家和人民带来了良好的社会和经济效益。钟青认为,准确率上升这是毋庸置疑的,但这不是最主要的变化。他认为几十年后的天气预报,不再是信息的单向传播,交互性将大大提升,将体现在更具个性化的解决方案的制订上。

“现在我们整个国情和国际形势方面都已经有了一个显著的变化,我们处在特定的历史时期,很多的社会矛盾需要化解,所以我的期待就是怎么样化解这些矛盾,能不能有一些方针政策出来,更重视关注协调发展、科学发展的问题。另一方面,我希望选出的新一代领导集体更富有开拓精神,把我们的改革开放进一步地往前推进,适应现代社会的呼声和需求。”谈到当下的雾霾天气,钟青这样笑答。

科技愿景

气候变化和百姓生活息息相关,如何才能更准确地预测极端天气?未来气象灾害如何应对?人工干预究竟能起多大作用?众所周知,气象预报工作要求十分严格,工作时间面对的是大量的数据和图表,十分枯燥。且气象台条件简陋,位置也偏远。长期的科研工作中,钟青对科研形成了自己独特的理解。他认为,自然界的复杂与丰富都来源于最简单的图像或者元素,简单与复杂存在调和之美,而科学则呈现着简单与复杂的辩证法。

时光如白驹过隙,二十多年的风云变幻,不变的是钟青对大气研究细致较真的工作作风和低调谦和的为人姿态。变得是他日复一日,年复一年积累的关于风云可测丰富的经验。如何不被一片混沌数据所迷惑,从中抽离出真正有价值的“微小差异”,变“莫测风云”为“可测风云”,这是钟青与他的同行们的使命。而数值预报系统,就成为他们用以完成这种使命的手段。在随后的几年中,他的研究主要聚焦在观测资料同化技术、数值模式发展和大气可预报性3个方面。“数值天气预报,就是根据大气实际情况,在一定初值和边值条件下,采用数值计算的方法,求解描写天气演变过程中的流体力学和热力学方程组,预报未来天气的方法。”钟青解释。他说,20世纪以来,数值预报的能力大幅提高,其对环流场预报的准确度已经远远高于预报员预报的准确度,但是对天气要素特别是对灾害性天气的预报,但与防灾减灾的要求和预报精细化的要求距离甚远。尤其是在高影响天气预报的准确率、天气预报信息的利用方面。

因为高影响天气事件具有低概率、高风险的特征,虽然不大可能出现,但是,一旦出现其后果就有可能是灾难性的。提高高影响天气预报的技术是21世纪的科学与社会的重大挑战之一。为了应对高影响天气的挑战,2003年世界气象组织第14届会议上确定的全球大气10年研究发展计划,即THORPEX,旨在加速提高1—14天高影响天气预报精度。从2004年至今,该项目已开展了9年。之所以会牵涉到各方力量参与其中,正是因为数值预报的难度非同寻常。THORPEX指出:目前数值预报在如下方面仍然面临挑战:在高影响天气预报方面的显著失败;无法将有效预测延长至两周乃至以上;在对于热带气候较高纬度地区气候影响的预报方面乏善可陈;中尺度天气特别是暴雨预报方面技术不足。

在暴雨预报准确率方面,2012年美国WPC的评分为0.25左右(满分为1分制),而我国国家气象中心的暴雨评分还要低于美国;总体来说,暴雨预报是一道世界性的难题。也可以说,在国际上提出THOR-PEX之前,钟青已经在做同样的工作。

而他早期对于艰深理论的钻研使他在应对这些难题时受益良多。基于这一理论利用NCEP41年再分析资料(1958—1998),对F-GSM与ECMWF谱模式方案比对动力测试中,第二周及以后系统误差改进令人侧目,体现在月预报平均统计减少一半,其中,直接改进1/4,地形间接改进1/4。

在采用包络地形与实时侧边界方案的前提下,实例测试显示:大尺度天气形势模拟新框架与MM5大体相当,在平坦地形或如青藏高原等特殊高大陡峭地形条件下,中小尺度天气细致涡旋结构的有无,与模型分析资料更为一致。可以说,该项目在应对前文提到的THORPEX中列举的数值预报的几项重大挑战方面,均使数值预报精度取得了十分显著的提升。

“该课题研制的高保真非静力区域模式动力框架是完全基于自主发展的计算理论基础上研制成功的,为改进和完善暴雨数值预报模式开拓了新的思路,是一项具有探索性的研究成果”,在项目验收中,该成果获得了相关专家的高度评价。专家们说,为原创性成果,还推荐该成果为重大创新。专家们建议,“应尽快把该课题研究的非静力模式和物理过程模式连接成一个完整的新一代中尺度暴雨预报模式系统,以期在暴雨预报准确率上能有更新的进展。”

艰难困苦,玉汝于成。“天气预报每提前一天,专家就要花10年时间研究”,而要达到提前一个月预报天气,则要探索更长时间。而钟青正在用行动践行着这一目标。他帮助气象人跳出气象看气象,在成就人与自然和谐之美的同时,促进了气象部门在参与经济建设中做好服务,为了理想与职责,他以无畏的勇气和兢兢业业的精神攀登在大气物理研究的高峰上,从无懈怠。我们由衷的祝福钟青教授,在未来的日子里事业更上一层楼,为大气物理学科的发展再谱辉煌。

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