◼ 李婧华 张定媛 编译

新战略的基石：使命、愿景和价值观

　　使命：为成员国提供全球中期数值天气预报和地球系统监测。

　　在新战略背景下，ECMWF的愿景是利用现有的合作，为社会带来最大的共同利益和积极成果：

　　愿景：ECMWF与欧洲气象基础设施（European Meteorological Infrastructure, EMI）成员密切合作，提供前沿科学以及世界领先的天气预报和地球系统监测，以建设一个安全繁荣的社会。

　　我们的目标是利用地球系统方法，并加强与欧盟哥白尼计划的协同合作，将初始化的无缝隙预报的益处最大化，并将重点放在中期和延伸期天气预报。

　　

　　激励和塑造ECMWF及其员工的理想价值观是：

　　价值观：

　　合作是一切工作的核心。我们无法独自完成。

　　诚信为本。我们是值得信赖的。

　　对事业充满激情。我们的承诺必须毋庸置疑。

新战略框架：支柱、目标和战略行动

　　支柱

　　科学和技术：开发和业务化应用前沿科技。

　　影响：为ECMWF成员国提供非凡价值。

　　组织和人员：成为一个灵活的、具有前瞻性思维的创新组织，激励和聘用最优秀的专家。

 

图1 2021—2030战略的支柱和目标

科学和技术目标

• 　世界领先的天气和地球系统科学：无缝隙集合地球系统，通过一致和准确的模拟，最大限度地利用当前和即将到来的观测结果，并具有现实的水、能源和碳循环。
• 　NWP前沿技术和计算科学：利用先进的高性能计算、大数据和人工智能方法，打造具有突破性现实意义的地球“数字孪生”（Digital Twin）。

影响目标

• 　切合所需的高质量产品： 详尽模拟过去、现在和未来的地球系统，以预测未来数周内的极端事件，特别是高影响天气事件，并根据用户，特别是成员国的需要进行环境监测。
• 　高效便捷地获取产品： 通过高效的生产过程、技术创新和数据政策，可靠、灵活、方便地获取和使用丰富的数据和产品，使广大用户能够进行探索，从而确保最大的社会经济效益。

组织和人员目标

• 　高效组织： 具有前瞻性和启发性的组织，与最创新、高效和环保的实践保持一致。
•   以人为本： 提供有利、协作和多元化的工作环境，吸引、激励和发展履行使命所需的合格员工。

 

“科学和技术”战略行动

 

　　“科学和技术”战略行动与加强观测、资料同化、模式、 新技术、计算科学和业务过程相关。

加强地球系统资料同化的领导力

　　ECMWF 将通过在耦合同化、算法开发和集成方法方面取得进展，加强其在资料同化方面的领导地位。这将包括纳入机器学习， 4D-Var资料同化具有独特的优势，可以从机器学习技术整合中获益，因为这两个领域有着共同的理论基础并使用相似的计算工具。

　　ECMWF 将确保同化系统满足其成员国不断变化的需求。为支持这一工作， ECMWF将利用对流解析模式对中期预报进行准确的初始化，并努力实现从集合资料同化到集合预报系统的无缝隙整合。

　  ECMWF 将努力克服对日益复杂的地球系统组分，例如海洋、陆地、雪和海冰，以及大气成分进行初始化的挑战。这将需要协同努力，将所有地球系统组分使用的同化算法发展成符合大气分析的更先进的集合-变分框架。为了提高地球系统多个组分初始状态的物理一致性，将逐步扩大大气4D-Var，以包括对大气可预测性有很大影响的界面场（interface fields），确定同化过程中的最佳耦合水平，并对所有组分进行一致监测。

　　表明地球系统资料同化的进展成果：

• 　使用对流解析模式对全球预报进行精确的初始化
• 　加强同化方法的一致性和地球系统各组分之间的最佳耦合水平

更好地利用新的和现有观测数据

　　ECMWF 将继续在观测数据的高级使用和表示方面发挥领导作用。在此战略中， ECMWF将启动一项长期的研究和发展行动， 可与“全天空”（all-sky）使用卫星数据所取得巨大成功相媲美，将创造一种“全天空和全地表”（all-sky and all-surface）的方法。卫星数据不仅在晴天、阴天和雨天可以充分使用，并且当卫星数据对地球表面（无论是海洋、陆地、积雪还是海冰）具有明显敏感性的情况下也能得到充分利用。这些发展结合了耦合资料同化方面的进展，将使卫星数据得到更充分的利用，从而在预报质量方面取得重大进展。

    在开发利用欧洲气象卫星应用组织（EUMETSAT） MTG、 EPS-SG、哥白尼扩展高优先候选飞行任务（HPCM）和欧空局（ESA）哨兵等卫星所提供的大量且种类繁多的新观测数据方面， ECMWF将发挥重要作用。 ECMWF将继续与 EMI有关伙伴密切合作，利用所有可能的观测资料，特别是创新观测系统，如物联网。为了给对流解析模式提供更好的初始条件，将更加关注与云/雨和闪电等物理过程有关的观测，特别是来自EarthCare和MTG的观测。

ECMWF将继续加强其关键作用，与空间机构和WMO合作，确定和支持全球观测系统发展的长期愿景。

   表明利用新的和现有观测数据的进展成果：

•   逐步改变从陆地、 积雪和海冰卫星数据中提取的信息
•   有效利用MTG、 EPS-SG和哨兵卫星数据
•   加强利用与物理过程（云、雨、闪电） 有关的观测

改进无缝隙地球系统模式

    地球系统模式仍将是未来十年科学发展的核心。 ECMWF将推动科学发展，以使全球集合在对流解析分辨率下解决灰区物理、初始化和非静力学动力框架问题。 ECMWF将致力于降低限制所有时间尺度预测质量的模式偏差。将特别聚焦界面模拟（interface modelling）（如大气-陆地、大气-波浪-海洋-海冰），以提高近地面天气参数的预测技巧，特别是在春秋过渡季节，以及对流模式（参数化和分辨）及其与大尺度的耦合。

   地球系统方法将在水、能源和碳循环方面提供更多的现实性。更充分地体现更多过程和相关不确定性，包括自然的和人为的（如大气成分，陆面过程，如火灾和干旱），将改进对这些重要过程的预测，并更好地代表气象学中的反馈。在无缝隙模式方法中，改进从第2周到延伸期的初始化预测将是一个主要重点，也是一个前沿科学挑战。

   改进预测需要进行基本的可预测性研究，开发使用新的观测数据，推进（耦合）资料同化和改进模式，而减少系统性模式误差对于提高延伸期预报技巧至关重要。为了更好地利用潜在的可预测性源，理解和改进遥相关的表达也是至关重要的，在研究模式下，将研究分辨率的重大变化（对大气和海洋而言）和进一步提高模式复杂性的益处。

    表明无缝隙地球系统模式的进展成果：

•   发展科学以提供业务化3～4km对流解析集合预报
•   扩展表征地球系统的广度、一致性和准确性，对再分析和预报有明显的益处

将高性能计算、技术和计算科学用于NWP

     高性能计算（HPC）和数据中心服务在支持大多数 ECMWF 的战略行动和最大化其影响方面的作用至关重要。 ECMWF将与成员国合作， 研究即将到来的颠覆性HPC技术用于业务部署的潜力，成员国也必须为其设施进行类似的程序。 ECMWF将致力于运行具有复原力、节能和成本效益高的计算资源（HPC、云计算、存储等）、数据中心服务和生产过程，并将研究能够实现资源联合的技术。

    为了充分利用未来的异构HPC技术， ECMWF将为其预测系统开发一个可移植的高性能代码库，并基于可扩展性项目的经验，为了最大化性能，研究新的科学选择。这需要在计算科学方面做出更广泛的努力，并为与成员国、学术界、 HPC 中心和工业界的合作和协同创造更多机会。除了用于业务目的的异构HPC技术外，还必须与成员国和HPC部门合作，监测和研究新的颠覆性HPC技术和架构。特定的人工智能架构也可用于地球系统模式研究。

     表明 HPC、技术和计算科学的进展成果：

•   受益于时间方案（time-to-solution） 和能源方案（energy-to-solution） 的提升，在异构GPU/CPU HPC架构上运行预测系统
•   在未来全球领先的 HPC 系统上建立下一代综合预测系统（IFS） 模式和编程架构，以支持数字孪生

利用人工智能和机器学习

   在下一个战略时期，人工智能，特别是机器学习的应用将继续在地球系统模式中广泛推广。可能的应用范围很广：从观测处理和资料同化，到代用模式组分、后处理、产品生成以及利用实时数据和档案数据进行数据管理、挖掘和融合。ECMWF将利用这些技术带来的机遇，寻求将这些数据驱动的方法所能提供的最佳功能与现有预报系统所包含的巨大优势和物理认识相结合。这一领域的合作与交流经验和专业知识，将为整个EMI带来共同利益。欧洲天气云（European Weather Cloud）将支持开发机器学习应用，为用户提供平台，以创建专门的环境，促进他们的研究。

   表明利用人工智能和机器学习的进展成果：

•   在生产流程中，机器学习支持高效数据处理
•   将机器学习方法集成到模式和资料同化中，以支持性能提升和不确定性的系统阐述
•   向社区提供气象参考数据集和工具供机器学习应用

优化系统设计，实现科研与业务的双向传递

    为了实现效率最大化， ECMWF将致力于开发不同系统发展之间的协同作用（例如，从中期到季节性；从 NWP 到 Copernicus），以汇集和巩固业务组件和流程。 ECMWF 将通过向开放的开发方式迈进，提高共同开发的效率并简化协作。这种方法不仅使一些代码作为开放源代码提供，而且还允许外部代码贡献和透明的开发过程。ECMWF将对运行、管理和监测研究实验的软件基础设施进行现代化改造，以实现效率最大化，并为更分布式的工作做好准备。ECMWF 将特别注重研究向业务的顺利过渡，反之亦然，以优化生产世界领先质量的产品。

   表明系统设计和研究进展转入业务的进展成果：

•   NWP和Copernicus整合
•   共同开发以简化协作

 

“影响” 战略行动

 

    为了最大限度地发挥 ECMWF 活动的积极影响，确定了五项战略行动，分别与用户需求、伙伴关系、交流和培训、提供数据和计算服务以及数据利用相联系。

满足用户对世界一流品质产品的需求

    ECMWF始终存在的理由是向其成员国提供最优质的中期天气预报，以便为整个欧洲社会提供信息和服务，特别是为了更好地对极端天气和高影响天气进行预警。为了保持ECMWF的世界领先地位，必须加强延伸期天气预报和地球系统预测。通过利用与哥白尼计划和欧洲绿色协议等欧洲主要倡议的协同作用，ECMWF及其成员国将能够提供一致的天气和更广泛的环境信息，包括对地球系统的再分析和再预报，涵盖空气质量、洪水、火灾、干旱和气候监测。

    ECMWF将继续以用户为中心，因此必须对用户的要求作出积极回应，并确保提供一致、及时和高质量的服务。ECMWF成员国的国家气象部门在基于其业务需求推动发展方面将发挥关键作用。

    为了使对用户的价值最大化，仔细的成本效益分析将为系统设计提供信息（例如，在分辨率、复杂性或集合成员数量方面投资的相对价值）。

    ECMWF将与成员国合作，通过加强验证和诊断来监测产品质量。

    表明满足用户的需求的进展成果：

•   在第2周对高影响天气事件进行有经济和社会价值的预报
•   熟练预测极端气温异常和水文影响，如干旱预测平均提前3周
•   对天气和环境灾害进行全球综合再分析和再预报，以监测1950年以来高影响事件的变化模式和可预测性
•   熟练的次季节到季节多模式展望

优化资源的提供和共享

    为了使 ECMWF 产品和合作伙伴的影响最大化， ECMWF 将提供世界一流的交付服务，并利用综合服务水平协议和关键绩效指标进行持续监测。ECMWF 将通过地理冗余数据存储和处理以及灾后恢复力来确保其业务连续性，并将确定和发展与成员国共享资源的方式， 可能通过可选方案（Optional Programmes）。

    在这个意义上，欧洲天气云等联合平台将发挥关键作用。云计算还将有助于改进对ECMWF数据档案的访问，释放其在机器学习应用方面的巨大潜力。

    开发IFS和开放软件等协调活动将使成员国受益。

    表明提供和分享资源的进展成果：

•   运行灵活的计算和存储云基础设施，以实现对高分辨率 ECMWF 集合数据的增值利用
•   制定有效的政策、生产和支持流程，以便用户高效和方便地使用集合数据，从而增加社会经济效益

迈向开放数据

    欧盟和大多数ECMWF成员国已经认识到，开放数据是数据生产投资的社会经济效益最大化的主要工具之一。然而，为了充分发挥开放政策的潜力，数据必须易于获取。为科学家和工业界提供日益庞大和复杂的数据集，这对传统的数据中心提出了挑战。

    数据服务需要能够提供基本的处理选项，以保持检索数据量的合理性（如服务器端处理），并以不同用户群体所惯用的格式和标准提供数据。

    表明向开放数据迈进的进展成果：

•   提供开放数据政策的相关数据集

教育和交流

    加强与EMI和其他实体的伙伴关系必须以优秀的教育和交流为基础。 ECMWF 将通过讲习班和研讨会促进科学参与。培训课程和学习活动是 ECMWF 活动的组成部分，并将远程和面授的内容相结合。ECMWF将与成员国和合作国建立有效的合作，以支持和丰富欧洲和 WMO国家的培训活动。

    对于ECMWF来说，交流战略仍将是不可或缺的，以实现其吸引和留住所需人才的目标，以完成其对成员国和合作国家的使命，并抓住机会获得第三方补充资金服务于其使命。

    从内部角度来看， ECMWF必须继续向其员工通报，以确保他们感到自己是 ECMWF 这个鼓舞人心故事的一部分； ECMWF还必须通过一系列渠道，包括文章、活动和广播等，尽可能多地展示员工的成就，以此表达其对员工的自豪感。这将起到双重作用， 一方面向员工强调他们的价值，另一方面帮助吸引其他人加入中心。

    从外部角度来看， ECMWF必须展示其成就，因为这是确保能够继续吸引人才和资金的最佳途径。重点将放在科学上，强调成功是通过欧洲地球科学界的愿景和雄心以及合作实现的。只有通过与成员国开展适当和及时的联合活动，表明共同目标的力量，才能实现这一目标。

    表明教育和交流的进展成果：

•   有效结合自助服务、免费培训资源和专门用户服务，以支持数据的有效使用

加强伙伴关系和合作

    ECMWF无法独自实现战略目标。它只有通过成为EMI的一部分，利用成员国国家气象部门和合作国及其联盟、 EUMETSAT、 EUMETNET和ECOMET的专业知识， 共同开发资源、产品和服务，并提供自己的专业知识和产品以实现互利。

    除了EMI， ECMWF 将建立与WMO和ESA的伙伴关系，并将与欧盟委员会开展第三方活动，包括哥白尼计划、欧洲绿色协议和欧盟数字战略。 ECMWF还将与包括ICT行业在内的数字经济界开展与ECMWF使命相关的活动。

    ECMWF将通过以下方式加强与科学界的联系：与成员国就共同感兴趣的具体议题进行有针对性的合作；在 YOPP、 THORPEX、 TIGGE、 S2S、 PPP、 WGNE、 GEWEX 等项目取得成、功的基础上，在WMO活动框架内开展更广泛的合作；以及为地球观测小组（GEO） 做出贡献。此外， ECMWF将与成员国和WMO合作，探索支持发展中国家的筹资机会。

    表明伙伴关系和合作的进展成果：

•   加强与EMI的战略伙伴关系
•   对WMO专家小组和外场试验做出贡献
•   支持加强全球观测网
•   为欧洲绿色协议做出贡献

 

“组织和人员” 战略行动

 

   “组织和人员” 战略行动旨在多地点的背景下， 加强ECMWF的结构，改进环境可持续性，并促进灵活的工作环境，提高多样性和协作。

建立多地点的企业文化

    ECMWF 现在是一个多地点组织，最重要的是要尽一切努力维护具有凝聚力的 ECMWF文化和工作方法的成功要素，并从每个地点的特殊性中获益。中心将制定和实施一套专门且有效的内部沟通系统，并审查和重新设计跨地点运作所需的组织结构和业务流程。关注实施员工发展计划和建立合作平台将是成功的关键因素。

    表明多地点企业文化的进展成果：

•   全面运作的综合多地点组织

提高环境可持续性

    考虑到其地位， ECMWF应努力成为一个具有环境意识的模范组织。到2050年实现气候中和是社会面临的一个挑战， ECMWF 将发挥重要作用。减少碳足迹、提高能源效率和进一步探索使用可再生能源是中心战略的关键要素。要达到这一目标，需通过提高环保意识并将其融入组织文化，以及实施旨在最大限度地减少中心对环境影响的流程和技术。

    表明环境可持续性的进展成果：

• 遵守欧盟委员会“2030年气候与能源框架”

促进多元化的协作环境

    ECMWF相信，多元性是营造激励和创新环境的关键驱动力，并将积极推动。中心的目标是进一步加强其多元化的工作环境， 并建立不分性别、文化或国籍的无歧视及机会平等的包容性文化。 中心将继续在本组织及其成员国中培养协作和团队合作的文化。为取得成功，提供健康和关怀的工作环境至关重要，中心将继续努力为员工提供最佳条件。

    表明促进多样性和协作环境的进展成果：

•   与欧洲多元性和包容性战略保持一致

营造灵活的工作环境

    灵活的工作环境是吸引、保留、激励和鼓舞21世纪劳动力的演变过程的一部分。为了在雇用最好的专业人员方面保持竞争力， ECMWF将通过对中心与员工之间的合同关系进行重要改革，提高工作环境的灵活性。新的合同政策将使建立、借用和购买人才的方式相结合。中心将利用信息技术进一步发展分布式的、灵活的和有弹性的工作方式。这些行动将有助于吸引、保留和激励员工，并提高生产力。

    表明工作环境灵活性的进展成果：

• 灵活的工作环境来吸引、保留、激励和鼓舞21世纪的劳动力

 

结论：熟龄之际

 

    ECMWF 之前的战略明确了集合预报的首要地位，并进一步确立了地球系统方法作为改进所有范围无缝隙预报的方法。当时所确立的方向使ECMWF进入了一个极为成功的时期。地球系统模式的进步使大气/陆地/海洋和海冰之间的耦合可以用于所有范围的所有预报，提供更连续的资料同化使 4D-Var更具弹性，可扩展性方案第一阶段的结果不仅强调了其潜力，而且强调了其必要性，所有这些都是中心需要继续推进的进展。ECMWF员工继续展示了其享誉世界的专业知识、独创性和科学创造力。

    在本战略期内， ECMWF将迎来50岁生日，这是一个成熟的年龄。50年来，我们学习如何与成员国进行最佳合作，通过积极参与了解用户的需求，并通过互利计划为其社区服务。

    在整个战略期间， ECMWF将寻求最佳方式结合实现其目标所需的最适当的概念和技术资源。 ECMWF 将提供一个融合了这些特性的工作环境，使其能够保持对世界上最优秀人才的吸引力；它将研究最先进的异构HPC技术、云和人工智能，以满足其特定需求；ECMWF将继续研究更大的集合和更高的垂直和水平分辨率的结合，以及地球系统各组成部分的变分和集合方法的结合。气象学领域的人工智能和机器学习，将带来大气科学和计算科学的良好平衡结合。

    这些元素将为ECMWF的优秀员工提供一个平台，让他们能够利用自己的专业知识进一步推进天气科学，并继续为成员国提供保护生命和财产所需的最佳数值天气预报。

  商业部门日益增长的作用所带来的机遇和挑战、对欧盟各项目的成功贡献所带来的益处、对WMO项目的支持以及与各空间机构进一步发展的伙伴关系都是该战略的关键。与EUMETSAT合作开发的欧洲天气云、模式和软件开发、联合参与欧盟计划、 项目和外场试验等科学活动，以及增加使用数字渠道，将使与成员国的合作更加密切，而效率是所有互动的核心。

    本战略的目标是使ECMWF成为一个更加合作的平台，将各成员国和其他国家的专业知识融合在一起，推动数值天气预报的发展，使其为社会提供最佳服务。