在中国气象局数值预报中心副主任龚建东的工作生涯里有两个时刻最令他振奋——其一发生在2018年7月，带有四维变分同化系统的GRAPES全球预报系统实现业务运行，中国成为继欧洲中期天气预报中心以及法国、英国、加拿大、日本之后，自主建立了气象资料四维变分同化业务系统的国家。
另一个令他振奋的时刻也发生在2018年，当年的11月28日，国家级完整数值预报业务体系的最后一块拼图——GRAPES全球集合预报系统通过业务化验收评审，标志着我国建成了以自主研发的GRAPES为核心的全球、区域确定性和集合预报系统，并对台风、环境响应、海浪等专业模式提供支撑的完整数值天气预报体系。
“现在我们国家数值预报最核心的技术可以说都是Made in china。”4月29日，龚建东在接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）采访谈起这些成绩时，戴着口罩的脸上也难掩激动的喜悦。
今年是中国气象局数值预报中心成立十周年，在龚建东看来，GRAPES全球四维变分同化系统是我国数值预报自主研发十年来取得的最核心的成绩。
中国工程院院士李泽椿评价说，数值预报中心成立十周年，建成了我国自主技术的数值气象预报业务体系，满足了我国现阶段国家安全经济建设对气象保障的需求，成为我国天气预报的主要科学支柱，具有为以后发展的良好基础。
十年磨一剑
什么是数值天气预报？
龚建东向澎湃新闻介绍说，大气是一种流体，它的基本运动遵循着流体力学基本理论。气象学家们通过对大气运动所遵从的流体力学和热力学的基本定律进行理论推导，得到了一组关于大气状态变量的偏微分方程，包括运动方程、热力学方程、连续方程、状态方程和水汽方程，他们称其为大气运动的基本方程组。在已知大气的当前状态与大气周边的环境条件下求取方程组的近似数值解，就是数值天气预报。
数值天气预报能为人们预测未来更长时间的天气提供科学依据，天气预报水平也因数值天气预报的出现而得到大幅度的提高。数值天气预报在应用上分为理论研究和业务应用，我们日常为气象预报和服务提供重要支撑的就是业务数值天气预报，它每天24小时运转，并在特定时刻启动未来天气的滚动预报，生成预报产品。
数值预报作为气象业务的核心科技，不仅关系我国气象事业发展，更是保障国计民生和国防安全的国家核心科技的重要组成部分。
据龚建东介绍，我国数值预报业务系统研发和支撑能力建设起步较晚，上世纪八十年代我国采取了引进国外全球数值预报核心技术建立数值预报业务和服务体系。但自主研发中国自己的数值预报核心技术，却是气象人一直以来的共同愿望。
2000年，中国气象局作出我国未来数值天气预报业务发展技术路线由国外引进为主转为自主开发为主的重大决策，开启了我国新一代数值天气预报系统GRAPES的自主研发工作。
2010年，集中数值预报研发和业务力量组建而成的数值预报中心团队，开始了艰难攻关：研发全球模式物理过程，体现中国天气气候特征；攻关四维变分同化关键技术，研发多平台、多传感器卫星资料同化应用技术；解决高性能计算和支撑平台等各类瓶颈问题……2010年，GRAPES全球模式和同化的深化改进工作全面开展。
2013年，数值预报创新团队入选科技部“创新人才推进计划重点领域创新团队”，成为我国气象领域首批入选的国家级科技创新团队。
2014年，高分辨率资料同化与数值天气模式被确定为国家气象科技创新工程三大攻关任务之一，自主创新的脚步不断加快。
2016年，GRAPES全球预报系统正式业务化运行并面向全国下发产品，这是我国数值预报核心技术实现国产化的重要标志，也宣告我国从全球预报到区域高分辨率预报核心技术摆脱了受制于人的局面。
2018年7月，带有四维变分同化系统的GRAPES全球预报系统实现业务运行，标志着我国业务数值天气预报同化技术迈入国际前列， 成为国际上少数具有自主研发和业务应用四维变分同化系统的国家级预报中心之一。
同年12月，随着GRAPES全球集合预报系统实现业务应用，我国数值天气预报体系的版图补齐了最后一块“拼图”，标志着我国建成了以自主研发的GRAPES为核心的全球、区域确定性和集合预报系统，也标志着GRAPES自2005年研发成功之后，历经13年深化改进，终于建成了完整数值天气预报体系。
在建立完整数值预报体系的同时，数值预报中心还发展了包括检验技术、诊断技术、业务化应用能力、产品对外服务支撑能力的完整链条，多方位缩小了与国际先进业务数值预报中心的差距。通过引进来、走出去和多途径广泛联合国内外资源，探索出了适合国情的数值预报发展方式。
2019年7月，GRAPES区域模式实现全国范围3公里分辨率业务化运行，为全国各地开展局地强对流、极端天气预报预警工作提供重要支撑。次月，9公里分辨率GRAPES台风预报系统实现业务运行，“首战”即成功应对超强台风“利奇马”。
细分领域人才建设引领技术创新
中国气象局数值预报中心模式研发室主任孙健在接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）采访时说， GRAPES全球四维变分同化系统涉及到的科学内容非常复杂，凝聚了包括计算数学、卫星等遥感探测技术、高性能计算机科学等诸多相关领域的结晶。
“简单的理解，就比如，我们希望知道的是大气目前的状态，就像给现在的大气拍一张照片，但是实际上我们没有在这个‘照片’的每个像素都有实况的观测，而这些没有实况观测的‘像素’的状态，是需要用到这个‘像素’的从前一段时间的状态信息来帮忙决定的。这是四维变分里面的时间轴概念。”孙健说，
无论是我们自己来看还是从国际上的评价来看，GRAPES全球四维变分同化系统都是数值预报十年发展以来取得的非常重要的成绩。全世界没有太多的中心能用上四维变分同化系统，我们是其中一个。
“十年磨一剑，但就我国数值天气预报业务的建立和发展历程来说，又何止十年。”中国科学院院士曾庆存感慨说，从上世纪八十年代初正式成立数值天气预报业务单位算起，至今已近四十年了。历经长期努力奋斗，克服了从基础设备到模式发展到业务化的重重困难，再经数值预报中心成立后这十年来的飞跃进步，我国终于有了自主的可为全国和全世界服务的数值天气预报业务系统，这是中国成为世界气象中心之一的主要科技支撑。
龚建东认为，十年来，数值预报取得的突破最主要的是依靠技术，而技术的载体是人才，中国气象局数值预报中心有一只非常强的专家队伍，在每个细分领域都有一支专业的人才队伍，不管是模式本身还是检验、预报服务，我们是国内唯一一家数值预报领域细分人才分门别类进行建设的。
数值预报创新团队成为我国气象届首支入选国家级科技创新团队。 受访者供图
“我们的科技领军人才几乎都在欧洲中期天气预报中心或美国等技术先进国家开展过访问工作，真正把引进来和走出去相结合。”龚建东说，在学习借鉴国外先进模式技术和组织管理经验的同时，也分享我们在数值预报发展中的做法，深入的国内外交流对数值预报中心的发展具有积极作用。
另一方面观测手段的进步也对数值预报发展起了很大作用。龚建东说，“中国气象局这些年在气象观测领域投入很大，风云卫星搭载的仪器也越来越先进，这些观测资料为我们提供了第一手且更快捷的观测。另外一点就是雷达系统，我们能够看到的中尺度的观测信息最主要的就是依靠雷达，雷达相当于给我们数值预报提供了弹药。”
问及今后数值模式的发展方向，曾庆存说，数值天气预报，是理论，是科技，甚至是工艺，必须要静心努力钻研。首先，它是基于数学物理理论，有一般性规律，要努力打好这个数理基础，但至今关于云的刻画、降雨过程和许多中尺度以及灾害过程的机理，尚未有很好的理论解决，须要勤以探索创新。其次，天气又是发生于千差万别的复杂环境之中，且以具有各种各样误差的各种观测资料为初始条件，具体情况不同，又有其特殊性，要秉承“绣花工匠”的精神进行细心的分析和巧妙的处理，才能有效解决。
“今后数值天气预报的发展，一般性和特殊性两方面要兼顾，缺一不可。“曾庆存说。
