巡天观日测风雨 敢与天公比高低 ——访中国气象局广州热带海洋气象研究所
(中国科技报记者薛坤报道 来源：《中国科学报》2014年10月24日 第15版)
古语说“天地之变，寒暑风雨，水旱螟蝗，率皆有法。”作为万物之灵的人类，流露出了对自身的期许，洞悉了风霜雷电的全部奥秘，我们就将是自然的主人。然而，古往今来,世界各地的气象灾害连续不断，至今，日益强大的人类,仍旧未能完全打破“天有不测风云”的咒语。那么，我们是否真的能够解码气象、驾驭自然？这个命题，在中国气象局广州热带海洋气象研究所数值预报、大气成分、海洋气象的三大研究领域，终于得到了完美的解答。
数值预报研究：乘风破浪赤子心
一直以来，气象预报水平不仅受制于气象数据的匮乏和观测精度的误差，而且受制于科学研究水平和数值天气预报技术发展。中国气象局广州热带海洋气象研究所（以下简称热带所）的热带区域数值预报研究室，得益多年来的坚持不懈，不断提高模式技术研发能力，同时借助超级计算机的强大计算能力，突破高分辨数值预报技术瓶颈，建立预报质量一流的南海台风模式和区域高分辨预报模式，为广东汛期更快更准地进行气象灾害预报预警立下汗马功劳。
钢铁并非一日炼成的。上世纪90年代，数值预报进入快速发展时期，各国你追我赶，发展神速。但遗憾的是，当时我国数值预报明显落后于国外，为了提高数值天气业务的水平， 1998年，热带所引进了德国模式进行业务运行。这种模式虽然缓解部分业务压力，但不能进行台风预报，模式的设计不够灵活，要进行技术改进和模块更新都相当困难，预报初值也要依靠德国传输过来，常常因为网络的问题，不能稳定保障业务预报。此时，热带所率先意识到发展中国自己模式的紧迫性。新世纪伊始，中国气象局决定成立数值预报创新基地，热带所积极加入我国开始我国新一代模式（GRAPES）的研发工作。
热带区域数值预报模式是热带所主要研究方向之一，也可以说是标志性课题，但早期也面临着诸多瓶颈：虽然科研人员们对原有TL模式(热带所自主发展的区域模式)进行几次改进，但是提高有限；借助GRAPES模式框架，难度很大，刚完成第一版，问题很多。
为了早日攻克难关，研究人员起早贪黑深入学习模式技术，同时也借鉴国外先进的区域模式，进行多方比较，不断改进模式技术方案。此外，数值预报是根据历史以及实况的观测数据、地形等资料，再结合流体力学、热力学等规律形成的方程组得出来的。由于数据庞大而且实时更新，对计算机处理能力要求很高。为了配合高性能计算机的计算环境和编译软件，在多次更换机型时，研究人员更是废寝忘食地反复修改大量程序……
得益于多年的坚持，在吸纳了更多专业人才之后，热带区域数值预报模式取得了丰硕的研究成果，其中大部分直接转化为业务能力，业务预报水平逐年提高，特别近几来进步尤为显著，2011年热带区域业务模式正式获得国家业务准入，2013年，台风24、48小时路径预报误差分别为73km和130km,在国内名列前茅，分别达到国际上70-80km和120-150km的先进水平，对台风预报预警工作起到了重要的支撑作用。目前业务上每天两次发布五天热带天气预报和台风预报，提供五天大范围形势预报、热带天气预报、降水预报、台风路径预报、台风强度预报等。模式形势预报总体稳定，雨带预报正确、合理。模式对台风生成预报，特别是对南海台风的预报有较好的指导意义。业务模式产品在广东省业务网实时发布，同时建立了面向东南亚地区的中国南海台风模式及全英文网站，实时显示其模式产品。实现了多种观测资料、特别是卫星和雷达资料的实时响应和处理。
在科研过程中，热带所建立了资料筛选和质量控制系统，保证了同化系统资料的质量。在雷达风场资料同化反面创新性的提出了利用“多普勒雷达径向风速和回波时空变化所包含的风场信息”作为两项独立的观测量共同加入三维变分同化系统，完成了普勒雷达的风场探测信息直接变分同化方法的研发。针对模式地形和实际地形的差别,以及误差传播规律,改进了地面资料的同化方案，更有效地同化地面观测资料。开发了卫星云导风和雷达资料等同化业务模块，根据热带地区的特点，开发了台风重定位和BOGUS 同化技术，并且修改了同化系统的平衡方程，使之更适合低纬度地区。
近年来，热带所对华南区域14 部雷达资料进行云水雨水的反演，并通过nudging 技术订正模式大气中的云水雨水信息，改善模式的临近降水预报效果；构建适合热带地区中尺度预报模式,完善模式预报方程,以及模式非线性项及其时间积分方案；开展热带积云对流参数化技术研究,开发积云对流与层状云的耦合技术方案；开展陆面与海洋边界层技术研究,开发适合区域特点的边界层技术方案；开展动力框架与物理过程耦合技术研究,开发适合热带地区的水物质处理方案和物理反馈技术处理方案。多年技术研究和业务实践，热带区域数值预报研究室也形成了一支具有极强科研竞争力的铮铮团队。
大气成分研究：观云测天惠民生
近年来，雾霾天气的频繁出现，引发了全社会对空气质量问题的高度关注。而事实上，急剧的工业化和城市化导致能源迅猛消耗、人口高度聚集、生态环境破坏，早就为雾霾天气的形成埋下伏笔。早在2003年，为了预防和抵抗能见度恶化、霾、重污染天气问题的侵袭，热带所在国内较早地开始珠三角大气成分观测，开展了环境气象领域的相关研究，并于2008年逐步建成了珠三角城市群大气成分观测站网。其中，广州番禺大气成分观测站被列入中国气象局的30个基本大气成分观测站之一。
我国现代大气物理学创建人之一、著名大气科学家周秀骥院士曾经说“环境气象领军人才必须是能够同时通晓大气物理、大气化学、大气动力三方面的综合性人才”，多年以来，热带所的大气成分研究团队，就是以这种学科理念作为合格工作者的判别标准，坚定信念进行科研攻坚的。
2008年后，珠三角城市群大气成分观测站网逐步投入业务运行以来，进一步推动区域大气成分观测站的规划与建设，观测要素从气溶胶、反应性气体逐步拓展到能见度、温室气体的观测，站网建设呈现蓬勃发展的势头。为了有效推进相关科研的发展与引领作用，热带所开始建设大气物理与大气化学实验室。2010年“亚运”与2011年“大运”等环境气象服务的需求推动，热带所逐渐建立完善了“珠三角大气成份观测站网数据平台”，并成功研发了“广州区域的大气成分集成预报系统”，该系统平台集合了珠三角大气成份站网观测数据库、空气质量数值模式产品与大气扩散数值预报产品，具有实时监控、历史回顾、案例统计分析与图表展示等功能，系统于2009年投入准业务使用，2011年获得了省局的业务准入。
最近的十年，广东的环境气象以“空前”的规模，以新型城市群复合污染问题为科研突破口，在国家自然科学基金、公益性行业专项、国家973计划、863计划、广东省自然科学基金等近30个国家级与省部级课题的支持下，热带所大气成分研究团队为区域大气污染联防联治提供了全方位的的技术支撑。多项国家级与省部级的课题研究，让团队成员深感任重而道远，周末加班工作学习至深夜已经是常情常态，汗水与智慧最终结出了丰硕的果实，也引起了国内外同行的广泛关注。
海洋气象研究：筚路蓝缕辟新天
2013年，强台风“尤特”强势登陆广东阳江，带来大风、大雨、大浪。强度堪比2008年“黑格比”，但由于气象预报准确及时，当地提前部署，采取了有力的防御措施，造成的损失比“黑格比”小得多。在这次台风预报中“立头功”的，就是热带所。
2006年以来，在国家科技部、财政部和中国气象局的支持下，热带所不断完善博贺海洋气象科学试验基地的基础设施和观测设备，建设了近海边界层垂直观测系统、近海海气通量观测系统、海洋气象和海洋环境要素观测系统。并逐步凝练了以研究不同天气背景下海气界面交换特征，揭示海—陆—气相互作用对台风、海雾等典型海洋气象灾害的影响机制，研发海洋气象预警预测技术为主线的研究目标。
“守得住清贫，耐得住寂寞”，经过海洋气象团队和茂名市气象局7年多不懈努力，试验基地已发展成为华南南海海洋气象综合观测系统的重要组成部分和示范窗口，同时也是气象系统内规模最大、观测项目最齐全的海洋、大气科学研究基地。然而，这个过程可以说的上是千难万险。
在试验基地起步阶段，现场缺水、缺电，只能在简易板房内住宿和办公。冬季寒冷、夏日酷热，工作和生活条件异常艰苦，尤其是海边湿度极大，现场工作人员都不同程度出现了关节痛的症状。由于试验基地位于台风登陆最频繁地区，每当台风季节，试验基地的海军战士都撤到附近渔村避风，但热带所的工作人员依旧坚守机房，时刻检查设备是否正常运行，时刻向省局报告风速、风向。
海上观测平台建设和维护就更加艰难了。比如，在观测平台上，需要登上平台约1m2的小码头，若是把握不好，可能手还没抓紧栏杆，脚下的船又随着海浪低下去，人往往会掉进海里；稍好一些的，人没掉进海，划一道伤口或者撞青一块，已经是家常便饭了。
困难没有让勇者低头。研究团队上下一心，集中拿下了国家973计划课题“台风登陆过程外场科学试验”，气象行业专项“华南海岸带灾害性天气背景下的海气交换特征与参数化研究”、“南海热带云团活动及其强风的监测和预报技术”，国家自然科学基金“近海层湍流输送系数和海面空气动力粗糙度参数化方案研究”、“海气相互作用对南海热带气旋近海突然加强或减弱的影响”等国家级项目。开展了登陆热带气旋观测试验、登陆热带气旋边界层结构等方面的观测与研究工作，对改善台风模式边界层参数化方案、海雾预报技术等都有很好的科学价值。目前，海气耦合模式预报产品、海雾预报产品都已准业务化运行，为海洋气象预报提供了较好的科技支撑。
多年来废寝忘食，兢兢业业的热带所科研团队，在数值预报、大气成分、海洋气象的三大研究领域都收获颇丰。“我国新一代多尺度气象数值预报系统” 获得了2007年度国家科技进步二等奖，广州热带所为获奖单位、万齐林研究员为获奖者。“珠三角大气气溶胶辐射特性与灰霾天气的细粒子污染本质及输送特征研究”成果获得广东省科学技术二等奖。吴兑研究员发表的论文“细粒子污染形成灰霾天气导致广州地区能见度下降”被评为2011年中国百篇最具影响国内学术论文。主办的核心刊物《热带气象学报》英文版被列入美国《科学引文索引》的源刊……
而对于广州热带海洋气象研究所的每一个人，那些坚守在祖国一角，守望着热带海洋，满心激情与梦想的科研工作者们，光荣绽放的故事才刚刚开始……