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美國數值天氣預報批判 精選

已有 2884 次閱讀 2019-5-19 16:02 |個人分類:文章|系統分類:觀點評述| 數值預報, 美國, 差距, 體制, 建議


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美國華盛頓大學的CLIFF MASS教授在網絡上也算是個大V級人物了,常針對一些問題發表尖銳觀點,引起諸多關注,特別是對于政府機構的低效,總是毫不留情。這不,在2019年美國氣象學會年會上,這位老兄又對美國政府部門的海洋大氣管理局(NOAA)開炮了,主題是為什么美國在發展數值天氣預報進程中,科研開發與業務應用總是不能協調?

 

雖是探討科研轉化的效率問題,但明眼人不難看出MASS教授批評的目標實際上劍指美國數值天氣預報水平的落伍。在演講稿首頁的附圖上,四名運動員健步扎推奔跑在前,唯有一名步履略顯蹣跚,被甩落在后,圖上沒有明示是誰,根據上下文無疑是指美國自己了。

 

教授如此揶揄自己國家的預報水平,是否有足夠依據呢?他給出了一個排名曲線圖,在美國之上的國家或機構確實不少,包括一枝獨秀的歐洲中期數值天氣預報中心,英國,加拿大等。CLIFF直言不諱地指出,無論是全球數值天氣預報還是區域高分辨率預報,美國都遠落后于所應達到的水準,美國海洋大氣局的科研向業務的轉化是低效的,科技資源的使用也是低效的。不知是否有NOAA的官員坐在下面恭聽,成績不夠靚麗,恐怕也難以辯駁。

 

實際上,在經歷了一些因災害性天氣造成的巨大損失后,美國國會已了解到問題的存在,批準了經費支持,并通過了“天氣研究與預報創新法案”。而NOAA也在努力,近期通過多家參與招標競爭選定了新的模式FV-3作為下一代全球系統模式的核心框架,希望能扭轉目前相對落后的局面。但MASS教授似乎并不認可,認為僅靠NOAA自身無法解決現存的問題,需要開放,調動更多的資源,由科研部門、私營企業與業務部門共同參與研發下一代模式。教授的想法有一定道理,但是否可行還需實踐檢驗,多方參與要求更有效的協調管理和機制設計。正如教授所指出的,目前的新模式無法進行眾創式開發,存在缺乏共同研發的框架結構,沒有協同支持平臺、文檔也不健全等問題。

 

美國聯合預報中心的模式發展咨詢委員會也曾對發展滯后的原因提出了看法,美國天氣局科研、開發與業務化之間的組織和結構存在嚴重缺陷,從美國的實際能力看,占有著巨大資源優勢,包括科技實力、人力和財力,但沒能采取協調、有效的方式去發展數值預報模式,若這種工作機制上的問題不解決,僅是解決一些表象問題不可能出現顯著改觀。

 

那么,所謂結構性問題又有哪些呢?CLIFF舉例說,美國天氣局內部的各研發機構都是獨立發展的,游離于主流業務模式的研發之外,如地球系統研究實驗室(ESRL)、地球流體動力實驗室(GFDL)。ESRL研發了兩個模式,NIMFIM,但將永遠不會被應用。模式后處理和 水文預報也與聯合數值預報中心不在一起,而天氣局的科學與技術集成辦公室與預報中心之間則缺乏有效協調。這種發散的組織結構又怎能形成合力、推動進步呢?

 

另一個問題是NOAA和美國政府對發展數值預報缺少具體的戰略規劃,而其競爭對手都有。NOAA有一個戰略規劃組,但并沒有開展實質性工作,通常是列出一個很長的清單,都是需要做的事,但沒有實際約束力,他們既不管經費也不管發展,只能是紙上談兵,說說而已。

 

不但負責海洋大氣事務的NOAA被指責,負責航天事務的國家宇航局(NASA)也未能幸免,被羅列的罪狀是不務正業,不是協助NOAA發展大氣海洋業務,二是獨自發展很復雜的天氣模式,開展氣候變化研究。美國的聯邦發展計劃通常存在重復投資和碎片化問題,不是缺錢,而是十個機構在做相同的事。

 

    由于NOAA長期在運轉落后的預報模式,迫使許多私營企業開發了自己的高分辨率數值模式,且已出現私營企業運行或計劃發展全球模式,如松下、IBM公司就已開始這樣做。

 

批評了一通后,該怎么做呢?MASS教授給出了他的幾條改進建議。一是重組美國數值天氣預報的管理機構,需要一個能統一負責的數值預報模式科研與業務管理組織,該組織要能夠在NOAA、DOD(國防部)、NASA、NSF(國家科學基金會)、農業部等部門之間疏通運作,形成一致;二是NOAA要負責提供一個統一的共享模式開發平臺,包含不同時空尺度,可供各研究機構和私營企業便于使用和改進,目前NOAA的模式系統過于龐雜,必須簡化;三是要強化對基礎物理問題的研究,包括模式物理過程、大氣邊界層穩定性、對流運動發展等問題;四是要加強跨機構的研究與業務間的協作。

 

如果NOAA能夠從內部文化到組織結構加快改變,轉機將有可能出現。MASS教授盡管批評嚴厲,但對美國的實力仍充滿信心,認為ECMWF絕不是罩在我們頭上無法突破的天花板,強大的美國科技實力一定能支持我們做得更好。

 

按照中國人的說法,信心比黃金更重要,MASS教授最終表現出的自信心還是很鼓舞人的。的確,美國在科技實力上的強大不可否認,沒能做好也確實需要聽取各方面的批評和意見,一家之言可能會有局限性或片面性,但能給批評者提供表達的機會和平臺顯然是值得稱道的。ECMWF有句很牛的話:“一直被追趕,從未被超越!奔润w現了有追兵在后的危機感,也反映出長期處于領先地位的自信心。居安思危,也是保持優勢的重要因素。

 

  客觀地講,美國數值天氣預報的水平雖與國際頂尖水平相比尚有差距,但整體水平還是處于領先行列之中。我國的模式發展水平還明顯不如美國,該如何加快改進,也需要有緊迫感。數值天氣預報模式技術水平在整個地球科學中也應是關鍵的核心能力之一,應納入國家發展戰略,且應得到各相關部門的協同支持。美國NOAA遭受的批評對我們而言也有可借鑒之處,能聽到各方面的批評與建議對改進工作、科學發展是必不可少的。


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