“百米級、分鐘級”,，這是往屆冬奧會從未實(shí)現(xiàn)過的氣象服務(wù)目標(biāo)：在空間上,，每隔100米甚至更短，就有一個(gè)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù),；在時(shí)間上,，每隔10分鐘，就能更新一組預(yù)報(bào),。

  精細(xì)化氣象服務(wù)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍,。

  在即將開幕的2022年北京冬奧會期間，這樣一套體現(xiàn)我國氣象核心科技,、實(shí)現(xiàn)“定時(shí),、定點(diǎn)、定量”的氣象預(yù)報(bào)技術(shù)體系,，將迎來最終大考,。

看天說話 北京冬奧會的真正發(fā)令槍

  氣象條件對冬奧賽事影響極大,。在冬奧會比賽項(xiàng)目中,，戶外雪上項(xiàng)目占大多數(shù)。風(fēng)向、風(fēng)速,、氣溫,、降雪、能見度,、雪溫,、雪質(zhì)……這些因素，不僅事關(guān)比賽成績,，還關(guān)乎運(yùn)動(dòng)員安全,。

  如果風(fēng)太大，影響滑雪技巧動(dòng)作的完成,；如果降雪,，新雪蓬松，不利平衡,；若降暴雪,，會讓雪道變得模糊，讓運(yùn)動(dòng)員陷入危險(xiǎn),；若能見度太低,，影響運(yùn)動(dòng)員和裁判員的視線……所以，冬奧需要?dú)庀蠓?wù),，其核心內(nèi)容是賽事服務(wù),。

  根據(jù)冬奧組委要求，雪上項(xiàng)目和滑行項(xiàng)目的每個(gè)場館,，至少要安排兩名氣象服務(wù)人員提供現(xiàn)場服務(wù),。

  給冬奧氣象服務(wù)這張“考卷”額外增加難度的，還有北京本身的氣候特點(diǎn),。

  北京的氣候條件相對特殊,。北京冬奧會是近20年內(nèi)唯一一次在大陸性冬季風(fēng)主導(dǎo)氣候條件下舉辦的冬奧會。氣候特征給出了北京冬奧會的特殊難題——山地小尺度的風(fēng)和溫度的精密監(jiān)測,、精準(zhǔn)預(yù)報(bào),。

  “科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)“冬奧會氣象條件預(yù)測保障關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、北京城市氣象研究院副院長陳明軒說,，這在國際上都是尚未解決的氣象難題之一,，國際上也沒有成熟的、適用于北京冬奧會的可移植技術(shù)方案,。

  在北京,、延慶、崇禮等氣象服務(wù)分中心,，有專職預(yù)報(bào)員為賽場氣象服務(wù)人員提供預(yù)報(bào)產(chǎn)品,。在每個(gè)比賽日的前一日,，賽場氣象服務(wù)人員會根據(jù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，在領(lǐng)隊(duì)會上,，向組委會,、裁判及各代表隊(duì)的領(lǐng)隊(duì)解讀賽時(shí)天氣情況，為是否調(diào)整比賽日程提供支撐,。

  服務(wù),，精細(xì)到“一場一策”甚至“一項(xiàng)一策”。這是因?yàn)?，不同?xiàng)目對氣象條件的關(guān)注重點(diǎn)也有所不同,。

  所以有人說，氣象條件,，是冬奧會賽事真正的發(fā)令槍,。

與天爭鋒 北京冬奧會的氣象追夢人

  怎么打好這發(fā)令槍？

  預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確,，仰賴于氣象資料的獲取,。

  2013年之前，北京延慶西北區(qū)海陀山的氣象資料幾乎為空白,。

  為獲取準(zhǔn)確氣象數(shù)據(jù),，2013年開始，氣象人進(jìn)山,，從零起步,，在地形復(fù)雜的海陀山一點(diǎn)點(diǎn)建起綜合氣象站網(wǎng)。

  “無路,，無水,，無電?！倍瑠W北京氣象中心延慶區(qū)氣象服務(wù)組副組長張曼回憶起當(dāng)年的“開路”,，已經(jīng)顯得“云淡風(fēng)輕”?！按笮驮O(shè)備和儀器就用騾子馱,，精細(xì)儀器就靠手拿肩扛?！?/span>

  那時(shí)的海陀山,，向他們展現(xiàn)出最為原生態(tài)的一面。山巖崎嶇陡峭,，樹林密密匝匝,。為了找到適宜的、符合標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測點(diǎn),，“我們把海陀山爬了個(gè)遍”,。感受過刀割般的風(fēng),，吃過凍硬的面包，嚼過凍成冰塊的礦泉水,，鞋破過，衣服破過,，身上被荊棘劃出過道道傷痕……他們就這樣,，把歷屆冬奧會中最為稠密的監(jiān)測站網(wǎng)建了起來。

  在河北,，氣象探測員同樣在低溫大風(fēng)中“拓荒”,，騾馱人背運(yùn)設(shè)備，獲取各賽道氣象資料,。

  布站并維護(hù),，是摸清老天爺脾氣的第一步。收集信息后,，還要解讀,；解讀之后，才有預(yù)測,。

  北京冬奧會不同賽區(qū)的氣象預(yù)報(bào)團(tuán)隊(duì),，都經(jīng)歷了4~5年的冬訓(xùn)。

  每年冬天,，他們進(jìn)入賽區(qū),，一待半年，感受當(dāng)?shù)氐男夂?。以探測設(shè)備收集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),，以理論知識為依托，疊加自己的切身體驗(yàn),，去觀云,，去追風(fēng)。

  延慶賽區(qū)現(xiàn)場預(yù)報(bào)服務(wù)團(tuán)隊(duì)有11人,，都是精兵強(qiáng)將,。從山西、內(nèi)蒙古等地抽調(diào)而來的預(yù)報(bào)員,，每年冬訓(xùn),，就得暫時(shí)放下小家。

  讓冬奧北京氣象中心延慶區(qū)氣象服務(wù)組副組長時(shí)少英覺得最為棘手的,，還是風(fēng),。延慶賽區(qū)盛行西北風(fēng)。但是陣風(fēng),，倏忽而起,，方向不定,。在城市中，你也能發(fā)現(xiàn),，穿行在密集樓房之間和站在樓房前的廣場上,，感受到的風(fēng)速截然不同。而海陀山,，山勢陡峭,，山連山，山套山,，那么,，當(dāng)風(fēng)經(jīng)過，究竟會發(fā)生什么,？有時(shí),，它會一鼓作氣沖下來；有時(shí),，它會在背風(fēng)坡形成空腔,，冷空氣會補(bǔ)充來，形成一個(gè)環(huán)流,。

  一開始,，大家都不了解海陀山，那就一遍遍去爬,。感受它的“任性”,、神秘與多變，感受它的浪漫與嚴(yán)酷,。

  時(shí)少英常講起最開始時(shí)的訓(xùn)練方法：先按照理論知識和經(jīng)驗(yàn),，做出預(yù)報(bào)。比如,，預(yù)計(jì)第二天上午11點(diǎn)會下雪,，那么第二天一早，就迎著風(fēng)爬到山上去,，等著,，看是不是11點(diǎn)下雪，從哪里開始飄雪,，降雪量如何,。然后，復(fù)盤,、總結(jié),。

  賽場冬訓(xùn)、出國培訓(xùn),、英語培訓(xùn),、賽事觀摩……預(yù)報(bào)員團(tuán)隊(duì)一年年加深著對山地氣象的了解,。

  用預(yù)報(bào)員自己的話說，做預(yù)報(bào),，是一項(xiàng)特別容易“打臉”的工作,。報(bào)得對不對，過一兩個(gè)小時(shí)就見分曉——老天爺有自己的脾氣,。

  “剛來的時(shí)候是真的摸不透?，F(xiàn)在我們對賽區(qū)的天氣已經(jīng)比較有把握了?！眮碜詢?nèi)蒙古自治區(qū)氣象臺的馬學(xué)峰說,。

倚天長劍 北京冬奧會科技顯鋒芒

  即使是“偶爾報(bào)不準(zhǔn)”,，但問及擔(dān)憂,，時(shí)少英仍脫口而出：“報(bào)不準(zhǔn)是我最大的壓力?！?/span>

  其實(shí),，她也知道，賽事方能夠理解天氣預(yù)報(bào)上的誤差,，但她個(gè)人期待,，能做得盡可能跟實(shí)況一樣。時(shí)少英笑：“我也知道這不可能,，哪有100%準(zhǔn)確呢,？這是天花板，要向天花板努力,?！?/span>

  從大氣科學(xué)可預(yù)報(bào)性角度來說，空間越精細(xì),、預(yù)報(bào)時(shí)段越長,，預(yù)報(bào)難度越大，更何況在地形復(fù)雜的山區(qū),，還要提供冬奧會關(guān)注的陣性大風(fēng),、能見度、降水相態(tài),、雪面溫度等特殊要素的氣象預(yù)報(bào),，挑戰(zhàn)重重。

  為了觸摸天花板,，硬件和軟件都要跟上,。

  張家口賽區(qū)裝備保障團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、河北省氣象局裝備中心副主任幺倫韜介紹,，在北京城區(qū),、延慶和崇禮及周邊地區(qū)共建設(shè)有各種現(xiàn)代化氣象探測設(shè)施441套,，它們是國內(nèi)最為先進(jìn)、也是中國氣象局業(yè)務(wù)許可的新型氣象探測設(shè)施,，由傳感器系統(tǒng),、采集處理系統(tǒng)、供電系統(tǒng),、傳輸系統(tǒng)組成,。

  在傳感器使用上，為保證風(fēng)傳感器在低溫,、造雪環(huán)境下仍能正常工作,，增加了自動(dòng)加熱功能，大部分站點(diǎn)還采用了超聲式測風(fēng)傳感器,，更適用于賽時(shí)風(fēng)速風(fēng)向的觀測,。在供電系統(tǒng)上，大部分采用太陽能和市電雙供電機(jī)制,，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,。在傳輸系統(tǒng)上，均為無線通信,，采用4G全網(wǎng)通通信模塊,，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。

  對數(shù)據(jù)的分析,，也不止由人腦完成,。

  “我們預(yù)報(bào)員有大后方的支持?！睍r(shí)少英向記者演示著預(yù)報(bào)團(tuán)隊(duì)用的氣象服務(wù)系統(tǒng),，“可以說，是集全國的氣象力量來給冬奧會提供技術(shù)支撐,?！?/span>

  電腦上，不同顏色展示風(fēng)速大小,，不同流線顯示風(fēng)向變化,，點(diǎn)擊不同時(shí)間，模擬預(yù)測結(jié)果自動(dòng)呈現(xiàn)：下一個(gè)小時(shí),，滑降起點(diǎn)1,，風(fēng)速每秒20米，超級大回轉(zhuǎn)起點(diǎn),，風(fēng)速每秒16米,，第三起跳點(diǎn)，風(fēng)速每秒15米……

  這就是“百米級、分鐘級”預(yù)報(bào)系統(tǒng),，采用了高精度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型和多源氣象數(shù)據(jù)快速融合技術(shù),。

  為了更好描述大氣邊界層，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了大氣渦流尺度數(shù)值模擬計(jì)算模型,。

  為冬奧做的預(yù)報(bào),，時(shí)效至少需要達(dá)到10天。為了提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,，技術(shù)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了人工智能訂正模型,。這也是人工智能預(yù)報(bào)技術(shù)在國際上首次應(yīng)用于冬奧會氣象服務(wù)保障。借助人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù),，通過對海量的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和大量的氣象觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行“再解讀”,，從而實(shí)現(xiàn)客觀氣象預(yù)報(bào)的“再訂正”，提升冬奧氣象預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度,。

  由于要處理的數(shù)據(jù)量龐大,，該系統(tǒng)跑在冬奧氣象服務(wù)中心的超級計(jì)算機(jī)上。要支撐這一系統(tǒng)在三個(gè)賽區(qū)六個(gè)賽場的“全覆蓋”正常運(yùn)行,，需要一萬核的計(jì)算機(jī)算力,。

  其實(shí),，百米級天氣預(yù)報(bào),，在國外主要用作科學(xué)試驗(yàn)。但這次,，在冬奧賽場,，它要實(shí)現(xiàn)的是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)化運(yùn)行。從試驗(yàn)到真刀真槍應(yīng)用,，又是一重考驗(yàn),。“分辨率高,，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型的計(jì)算精度和穩(wěn)定性就會差,。”陳明軒說,?？梢詫⑺斫鉃橐环N過載。為保證模型的穩(wěn)定性,，技術(shù)團(tuán)隊(duì)在逼真模擬和減輕計(jì)算負(fù)荷間找到平衡點(diǎn),，考慮了一些必要的簡化，著重刻畫復(fù)雜地形,、輻射,、摩擦對溫度和風(fēng)的影響。

  一系列關(guān)鍵技術(shù)方法,，最終構(gòu)建了冬奧氣象“百米級”預(yù)報(bào)技術(shù)體系,，形成了冬奧高精度氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)“睿圖—睿思”,，多項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)國內(nèi)空白，核心技術(shù)完全自主可控,。

  科技成果的誕生,，也得益于相關(guān)部門的支持。

  科技部優(yōu)先設(shè)立科技冬奧項(xiàng)目,，重點(diǎn)支持冬奧會氣象條件預(yù)測保障關(guān)鍵技術(shù)研究,，北京市科委、河北省科技廳等部門先后設(shè)立科技冬奧項(xiàng)目支持冬奧會氣象保障關(guān)鍵技術(shù)研究,。

  如今,，復(fù)雜山地精細(xì)化網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)和人工智能技術(shù)等新技術(shù)新方法在北京冬奧會氣象服務(wù)中得到廣泛應(yīng)用。未來,，新時(shí)期國家重大活動(dòng)保障,、大城市安全運(yùn)行、災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)預(yù)警和極端災(zāi)害天氣應(yīng)對……為冬奧而生的高精度預(yù)報(bào)技術(shù),，還會用于更多民生場景,。

  “我們所有科研人員，所有觀測和預(yù)報(bào)團(tuán)隊(duì),，都有種使命感,，有股不服輸?shù)膭蓬^，下決心要把這件事做好,?！标惷鬈幷f，“我們常說,，只有人努力,，才有天幫忙?！?/span>

  只有人努力,，才有天幫忙。來吧,，北京冬奧會,，中國氣象人已做好準(zhǔn)，靜待接招,。