中国骄傲丨天有可测风云 精确到分钟和百米的天气预报是怎样炼成的？

【导语】6月中旬以来，北方多地遭遇持续高温天气，37℃以上的高温影响面积约45万平方公里，京津冀和山东等地有21个国家气象站日最高气温突破历史极值；南方地区大范围强降雨持续，100毫米以上降雨覆盖面积达20.57万平方公里。全国各地频繁出现的极端天气让许多人不禁忧虑：为何暑热严重？高温暴雨天气什么时候结束？……这些问题都离不开对天气的精准预报。

随着我国气象科技的发展，从陆面到海洋，从地球上到外太空，气象卫星、天气雷达、自动气象站、微波辐射计等多样化的观测仪器忠实记录着全球大气的温度、气压、湿度、风，全球海洋表面温度，两极冰面积等数据，绘制地面、高空天气图和辅助图等，这些进步让人们可以越来越准确地预测天气的阴晴冷暖。那么，天气预报到底如何保证精准？这样的预报又是如何炼成的呢？

天气预报精准至“百米级、分钟级”

所有对于未来天气的预测都要从当下的天气情况出发，准确收集当下的天气数据是天气预报工作的第一步。收集数据需要依赖各类气象观测设施，比如人们在公园、草坪等户外场所经常能看到的百叶箱，就是最常见的地面气象观测设施之一——自动气象站。要想天气预报准确，气象观测设施就要布置得足够密集。

据国家气象中心天气预报技术研发室副主任曹勇介绍，仅北京便大约分布了500个自动气象站，收集来自城市各个角落的风速、风向、空气湿度等气象信息。除了常见的自动气象站，气象观测设施还有放飞的探空气球、飞翔在我们头顶上空的气象卫星以及部署在众多城市的天气雷达等。

5月23日，科考登顶队员在珠峰海拔约8830米处维护升级自动气象站。（图源：新华社）

有了原始的气象观测数据，如何利用这些数据得出预测结果，是天气预报中的关键问题。“很早以前，我们用的是外推法，就是根据气象演变在短时间内具有一定连续性的原则，通过把当前的天气趋势外延一段时间，进而得出预报结果。”曹勇表示，外推法的预报精准度往往较为有限，如今要实现更加精确的天气预报就要依赖超级计算机和预报模型。

目前我国能够实现的气象预报精度在部分地区可以达到公里级甚至百米级，而在时间尺度上则可以实现分钟级预测。“比如，在2022年北京冬奥会举办期间，我们的气象预报团队可以准确给出赛场范围内精确到分钟级的，涵盖气温、湿度、风速等关键信息的天气预报。”曹勇表示，要实现如此高精度的气象预报，首先就要在监测上下功夫：要提升监测密度、进行加密监测。这是精细预报的基础，2022年北京冬奥会的三个赛区就布置了400多套气象观测设施。

“温度、风速、能见度等天气要素会影响冬奥运动项目的进行。气象团队利用我国自主研发的冬奥气象百米级、分钟级山地气象预报技术体系，提前捕捉到了天气变化情况，为赛事改期进行提供了科学有力的支撑。”北京冬奥会张家口赛区国家跳台滑雪中心场馆气象预报组组长段宇辉说。据悉，这一技术专项已纳入世界气象组织高影响天气预报示范项目，为国际相关技术研发和应用提供中国智慧、中国经验。

当然，高精度的天气预测，绝不是重大赛事活动的专属，它也在逐步走进你我的日常生活。智能网格预报，就是这样的产品。过去的天气预报产品主要以站点预报为主，而智能网格预报是将城市划分为一个个更加细密的网格，每个网格都有单独的天气预报结果。当人们携带智能手机进入到不同网格时，手机便会接收到关于这一网格内的天气情况，其预测精度相比过去的站点预报得到了较大程度的提升。

天气预报越来越准背后的科技含量

要做天气预报，首先要有观测神器，如气象卫星、天气雷达、自动气象站等，把观测的数据放到数值预报体系中，就像解数学题一样，经过复杂的计算，得出精确的答案，然后再进行发布。在观测神器中最厉害的当属“风云卫星家族”。它是我国独立自主研制的一套完整气象卫星系统。自1970年开始研制起，风云系列气象卫星从零起步、发展迅速，最终助力我国成为世界上少数同时拥有极轨和静止轨道气象卫星的国家之一。

4月16日9时36分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征四号乙运载火箭成功将风云三号07星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。（图源：新华社）

截至目前，我国已成功发射两代四型共20颗风云气象卫星。其中，风云一号和风云三号属于极轨气象卫星，可以获取全球观测数据，是实施全球监测的“巡逻兵”；风云二号和风云四号属于地球静止轨道气象卫星，相对地球静止不动，可以获取中国及周边区域的连续动态观测数据，是坚守岗位的“哨兵”。

除了综合实力居先，“风云卫星家族”在国际气象卫星“研制赛场”上也是能拿奖牌的实力派选手。1988年，中国第一颗极轨气象卫星——风云一号A星成功发射后，中国从太空获得第一幅卫星观测图，当时国际上能做气象卫星的国家还很少。到了1997年，中国首颗静止轨道气象卫星——风云二号A星发射时，中国成为世界上少数同时拥有极轨和静止轨道气象卫星的国家之一，与美国、欧洲在国际气象观测领域呈现“三足鼎立”之势。

2016年，中国又成功发射风云四号A星，从全球气象卫星发展史来看，这颗卫星具有里程碑意义，在全球首次实现了静止轨道的红外高光谱大气探测。这颗卫星也是中国第一颗三轴稳定的静止轨道定量遥感卫星，至今仅有美国等少数国家发射了同类卫星，它标志着中国气象卫星技术在国际上从“跟跑、并跑”转向“并跑、领跑”。

接着，在2018年，中国发射风云二号H星，应世界气象组织及亚太空间合作组织要求，风云二号H星的定点位置由原定的东经86.5度更改为东经79度，有效覆盖“一带一路”沿线国家和地区、印度洋和大多数非洲国家，成为名副其实的“一带一路星”，为“一带一路”沿线国家和地区贡献“中国智慧”。

2021年，中国发射全球首颗民用黎明轨道气象卫星——风云三号E星，填补了全球数值天气预报6小时同化窗内卫星观测资料的空白，使中国成为全球首个实现“黎明轨道、上午轨道、下午轨道”三星组网运行的国家。

2023年，“风云卫星家族”中的第20星——风云三号G星成功发射，是继美国、日本联合发射专用降水测量卫星之后国际上第三颗发射的主动降水测量卫星，全球降水星家族首添“中国造”。自此，我国成为全球唯一同时业务运行晨昏、上午、下午和倾斜四条近地轨道气象卫星的国家。

风云三号G星综合探测示意图。（图源：中国气象局）

未来，风云卫星还将进一步提升对地球大气观测的探测要素、灵敏度和绝对精度等。据了解，中国已启动第三代气象卫星的需求论证，预计到2035年，中国新一代气象卫星系列将全面替代和扩展目前在役在研的风云三号、风云四号气象卫星，满足区域和全球气象灾害的快速、精细监测需求以及多尺度精准气象预报预测需求。

气象事业整体实力接近世界先进水平

2022年11月20日，《联合国气候变化框架公约》第二十七次缔约方大会（COP27）在埃及海滨城市沙姆沙伊赫闭幕。（图源：新华社）

我国加快科技创新，努力做到监测精密、预报精准、服务精细，不断推进气象现代化建设，气象事业整体实力接近世界先进水平，部分技术已达到世界领先水平。从防灾减灾到应对气候变化，中国气象局积极参与气象国际治理，在国际气象格局中的作用不断增强。中国气象工作者的身影活跃在国际气象舞台和全球各地，成为技术标准和规范制订的参与者、全球气象能力建设的贡献者。

——陆海空天一体化、协同高效的精密气象监测系统加快建设。

我国目前有8颗风云气象卫星在轨运行，气象卫星体系建设在全世界名列前茅，为全球126个国家和地区提供100余种数据产品和服务；236部新一代天气雷达，雷达监测网规模位居世界第一；7万多个地面自动气象观测站，站点数量是2012年的4.5倍，气象观测数据量增加5倍以上，助力地面气象观测业务全面进入自动化时代；7个大气本底站、25个气候观象台、120个高空气象观测站，让气象监测网越织越密。

——现代气象预报业务体系基本建成，天气预报越来越精准。

高分辨率数值模式、多源融合实况分析等关键技术逐步完善，形成了从区域到全球、从天气到气候的较为完整的数值预报业务体系；自主研发的全球中期数值天气预报系统，北半球可用预报时效从6.1天提高到7.8天；强对流天气预警时间提前到40分钟，暴雨预警信号准确率提高到90%，均创历史新高。

6月23日，温度计显示北京室外气温超过40摄氏度。当日7时，北京市气象台发布高温红色预警。（图源：新华社）

——海量气象数据广泛共享，惠及世界各地、各行各业。

通过国际通信系统稳定收集八大类178种国际数据资源，涵盖大气、陆地、海洋等多圈层关键气象要素；持续推进气象数据共享，气象数据共享服务率先向国内外开放，数据总量达67千万亿字节(PB)，年访问量约4亿人次，受益者遍布106个国家，涉及29个行业。

——积极参与全球气候治理，贡献中国智慧。

逾60名中国作者，20多个部门、科研机构和高校——在中国气象局的组织和支持下，积极参与编写联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告。参与报告作者人数居发展中国家首位。这组数字的背后，是在气候变化科学评估领域前进的步伐中，中国对全球气候与科技治理的深度参与。

30年来，我国共有200余人次科学家当选IPCC作者，近千名科学家参与IPCC评估报告编写和评审。在IPCC第六次评估报告期间，中国气象局组织动员专家数百人次进行多次政府评审，遵循平衡、科学、客观地表述科学界研究成果的基本原则，从科学上维护了我国及发展中国家的权益，为气候变化谈判赢得了空间。

(资料来源：人民日报、央视新闻、中新网、科技日报、中国气象报社)