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邹竞蒙气象科技人才奖获得者韩威:
跑一场资料同化的“马拉松”
来源:中国气象报 日期:2019年01月21日09:11

  中国气象报实习记者 谷星月

  初见韩威,一张方方正正的脸,给人一种踏实可靠的感觉。事实也的确如此,在卫星资料同化和数值预报系统研发这条路上,他踏踏实实走了十几年,解决了多项难题,实现了GRAPES全球同化预报系统的业务化。

  不久前,韩威获得了“第六届邹竞蒙气象科技人才奖”。问及他的获奖感受,他想了一会儿说,踏踏实实工作,还是有机会得到同行认可的。

  2005年,韩威背上行囊,离开了挥洒13年青春热血的解放军理工大学,来到当时的中国气象局数值预报创新基地。此前,除了十年求学以外,他还做过近三年气象和海洋卫星遥感教学工作,在大学优质课堂竞赛中还曾得过第三名。

  刚来不久,韩威便被当时的状况浇了一盆冷水。2005年,全球卫星资料实时获取的渠道还不清楚;2006年,GRAPES区域预报系统实现业务化,但GRAPES全球预报系统还没有形成完整的同化预报循环系统,模式的系统性偏差很大,全球卫星资料同化几乎空白,全球同化预报试验运行两周左右就会“崩掉”。出现的问题太多,以至于刚开始韩威和同事们根本无从下手。

  最初的4年,对韩威来说是煎熬,也是“炼狱”,他每天带着团队找问题,想各种办法解决问题。“恨不能一天有48个小时,吃住都在数值预报中心。”现在,他仍清晰地记得,2007年春节时,团队成员每人一个无线上网卡,放假期间仍要保证循环同化试验正常进行。在这4年时间里,他们不仅解决了全球资料同化的大量关键技术问题,特别是全球卫星资料同化的核心技术,而且发现了在观测资料处理等上游环节中隐藏多年的问题。

  讲到这4年的经历,他一度停顿,抓了抓头,总结了四个字“刻骨铭心”。

  终于,2009年,GRAPES全球三维变分同化系统解决了卫星资料同化、观测资料质量控制、模式偏差在线估计和订正、背景误差协方差更新和初始化等关键技术问题,GRAPES全球中期预报系统实现了准业务运行。

  但研究没有停止,这一做,又是将近8年。2016年,GRAPES全球同化预报系统正式实现业务化运行。

  在这十多年里,韩威三赴欧洲中期天气预报中心访问交流,不仅看到了该中心完善的组织管理体系和高度的专业化,也凭借自己过硬的专业能力,给该中心的同行们留下深刻印象。韩威第一次去那里,仅用了3个月时间发现并解决了云检测和偏差订正相互作用方面的问题,后两次去,他又有两项关键技术被该中心全球中期数值预报业务系统采用。

  2011年,欧洲中期天气预报中心向韩威开出优厚的聘用条件,他婉言谢绝。当时正是GRAPES全球同化预报系统攻关的关键阶段,他更想为中国自主研发的数值预报系统贡献全部力量。

  科研之余,韩威喜欢长跑,参加过七八次北京全程马拉松。“我喜欢运动,只要‘北马’举办期间我在北京,就会参加。”韩威说。

韩威参加马拉松比赛。

  数值预报对韩威来说,也是一场“马拉松”。数值预报是一个大规模的软件系统工程,涉及观测资料接收处理、质量控制、同化、数值预报、物理过程、产品分发和处理等方面,需要气象、计算机、计算流体力学、图形等领域专业人才。

  已知现在,预测未来,正是数值预报的本质。为了“已知现在”,气象工作者布设了很多观测系统,以卫星、雷达为主的观测手段迅速发展,基本实现了大气观测的全球覆盖。但基于分布不均匀的观测系统得到的数据进行预报,观测变量并不完备。而资料同化的出现,就解决了数值预报的初值问题。

  尤其在海上等没有常规观测资料的地方,卫星资料所占比重较大,资料同化是进行海上天气预报至关重要的一环。

  2014年,韩威的“有约束卫星资料偏差订正方案CBC”原创技术,被应用于GRAPES全球同化预报业务系统。2018年,该技术被应用于欧洲中期天气预报中心四维变分同化系统。谈及这项技术,韩威说,预报误差主要来源于两个方面,一是观测本身的误差,二是模式误差。以往进行卫星资料偏差订正,都是基于观测和数值预报的“差值”,这些“差值”平均后,被视为卫星观测引起的偏差加以订正,其实这样做很容易把模式的偏差也归因到观测上,并不合理。

  为了解决这个问题,受数学物理反问题研究的启发,韩威想了一个办法,给卫星观测偏差订正加一个不等式“约束”。这个方法把定标的不确定性定量地应用于资料同化中,后来还被应用于其他一些仪器的偏差订正。

  除了数值预报模式以外,韩威还参与了风云卫星和雷达等“跨领域”工作。“不是去替代他们、解决别人的问题,而是要互相理解,只有良好的沟通交流才能更好地解决问题。”韩威说。

  2016年底到2018年,韩威带领风云四号卫星数值预报应用攻关团队,用了不到两年时间,就实现了国际上第一个静止轨道红外高光谱探测仪资料在GRAPES全球四维变分同化系统中的业务应用。

  在对2018年台风“玛丽亚”“安比”和“山竹”的预报中,GRAPES数值预报系统根据误差增长的敏感区计算,充分发挥静止卫星灵活机动的特点,“隔空指挥”风云四号气象卫星探测仪在特定区域开展加密观测,观测数据实时进入GRAPES全球四维变分资料同化系统,成功改善了对台风的预报。这不仅是我国,也是国际上首次在实时业务数值预报环境下,实现大范围、高频次针对敏感区的卫星高光谱探测和实时资料同化应用,实践了国际THORPEX(2002-2012)科学计划提出的交互式“观测-预报”科学思想。

  “这次配合极大地提升了大家的自信心,我国的数值天气预报系统具有自身优势和特点,我国的气象卫星在某些方面已经世界领先。”韩威说。

  (来源:《中国气象报》2019年1月21日三版 责任编辑:张林)



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