
6月30日,ECMWF理事会批准了ECMWF新的十年战略(2016—2025)。在接受《ECMWF通信》的采访中,ECMWF研究部主任Erland Källén阐述了新战略是如何制定的,合作为何至关重要,以及需要那些行动来将“雄心勃勃”的目标变为现实。
ECMWF战略的目的是什么?
目的是为了确定下一个十年的方向。我认为像ECMWF这样的机构,有一个明确的目标是极其重要的。过去我们取得成功的重要原因之一就是所有成员、主要利益相关者和国家气象部门,对这个目标都十分明确。有这样一个重点是非常鼓舞人的。
这是一个为期十年的战略,但为何每五年制定一次?
因为我们要考虑正发生在我们周围的事情。十年中可以发生很多事情,或许是重大的科学或技术发展,例如新的超级计算机架构需要可扩展的计算机代码。因此我们需要能够在小于十年的时间内调整战略。另外,你需要十年来制定未来前进的大方向。
战略是如何制定的?
它开始于ECMWF的内部磋商过程。我们有很多可利用的内部专业知识,对于我们未来方向有一个科学愿景。为了保持领先的位置,我认为从内部产生目标的动力是十分重要的。
当然我们的成员和合作国家要参与整个过程,确保我们所做的符合他们的需求也是同等重要的。所以第二步就是与所有成员和合作国家开展广泛地磋商。ECMWF主任们去过大多数成员国家,向成员国国家气象部门展示内部讨论的结果,并获得他们的意见。
之后我们拟订了战略的初稿,然后提交给委员会。委员会代表着我们的成员国气象部门和相关领域的科学专家。所以这一磋商机制也是非常重要的。
最后,空间代表的意见也十分重要,特别是我们在空间观测领域的主要战略伙伴欧洲气象卫星应用组织(EUMETSAT),他们也参与到了磋商过程中。
“我们有一个雄心勃勃的目标,就是要能够提前两周预测高影响天气事件。”
您能否举例说明磋商是如何影响结果的?
强调集合预报就是个很好的例子。我们打算把注意力集中在集合方法、概率预报,来产生和呈现预报。当我们到成员国考察时,我们发现这个提议得到了大家的共鸣。
毫无疑问这在磋商过程之前都是不明确的,因为很多用户仍然把高分辨率或确定性预报作为ECMWF的主要产品。我们也向理事会展示了确定性预报的评分结果。但在磋商过程中越来越明确,我们应该专注于集合预报,这样的话评分和其他方面将会比现在做得更好。
新战略设定的主要目标是什么?
我们有一个雄心勃勃的目标,就是要能够提前两周预测高影响天气事件。我认为没有人敢像我们已经在战略中所做的那样,提出的这样的目标。当然,在未来越走越远一直是我们的目标,但我认为新目标要传达的是,我们将能够以概率方式实现提前两周预报。
另一个目标是提前四周预报大尺度环流及天气型转变,提前一年预报全球尺度异常。气象界现在越来越强调月尺度,我们相信我们能够迎接挑战,在月尺度上进行更好的概率预报。
在提高分辨率方面,新战略明确了目标是到2025年集合预报分辨率达5km,同样也是十分具有雄心的。这在我们可预见的2025年情形,无论科学可行性上还是超级计算能力上都已达到极限。
这些目标是雄心勃勃的,但并非不可实现。
“所有研究都由我们自己来完成是不可能的,而是需要成员国和全世界的科研机构共同支持和参与。”
新战略目标如何实现?
成员和合作国家的共同参与是一个重要因素。在新战略中,非常强调达成目标需要共同的协作努力。所有研究都由我们自己来完成是不可能的,而是需要成员国和全世界的科研机构共同支持和参与。
另一个主要的合作方面是气象观测,这个我们并不自己进行。新战略指出仍将继续依靠与重要合作伙伴EUMETSAT合作的空间项目计划。
“挖掘卫星数据的新信息将对实现我们的战略目标非常重要。”
与欧洲航天局(ESA)的合作也很重要,当然我们也想影响到美国、日本和中国的卫星计划,从而确保将来我们得到的卫星数据对我们有用。
今天我们得到的观测资料中超过95%都是来自于卫星观测。挖掘卫星数据的新信息将对实现我们的战略目标非常重要。
将会有哪些研究和开发?
在研究领域有三个主要目标。第一,我们想在预报系统的各方面都使用和进一步发展集合方法。这对提前两周预测极端天气的目标十分必要。
第二个目标是改进地球系统模式。我们需要将地球系统更多的组成部分考虑进来,而地球系统模式中已经包含的那些过程需要更好的描述。云和辐射的描述将被改进,而且我们相信(在地球系统模式中)更好地描述大气成分也会带来更准确的天气预报。
第三个主要领域是可扩展性,也就是说让预测系统适应不断变化的高性能计算机体系结构。高分辨率对提高初始状态和预报准确性是至关重要的,但这需要更强大的计算能力来实现。这意味着我们还需要开发我们的软件,使其能够使用这种计算能力。如果我们不能实现可扩展性,我们将不能按照必需的速度来提高分辨率。所以可扩展性绝对是我们研究项目的一个必要部分。
在地球系统模式领域需要改进什么?
如果你从历史角度来看(数值)天气预报,你会发现它开始于60多年前,当时科学家们只关注5千米高度的大气平均环流,而忽视了所有的次网格尺度物理过程,如辐射和云物理过程。即使后来云和辐射被考虑进来,也仍然是对地球表面的非常简单初步的描述。
今天我们对大气的热力学和动力学有了更好的描述,和陆面有了更好的耦合。但仍有很多需要我们开发的次网格尺度物理过程。比如云和辐射物理过程,再如地表和大气之间的水分交换。
我们还必须改进大气和海洋的耦合。过去我们在中期预报时间尺度上把海洋看成是完全静态的,而事实上并非如此。海洋是整个系统的动力学的一部分。我们需要在资料同化中考虑海洋,以及在所有时间尺度上描述大气-海洋(包括海冰)的耦合方面做到更好。我们已经开始意识到,仅仅数天,大气和热带海洋之间的相互作用就会产生很大的差异,因此我们需要将海气耦合做到更好。
“我们需要将地球系统更多的组成部分考虑进来,而地球系统模式中已经包含的那些过程需要更好的描述。”
除了可扩展性之外,对高性能计算机有哪些计划?
战略指出我们想成为气象高性能计算中心。我们想继续让成员国在我们的服务器上使用计算能力和可选边界条件的有限区域模式。
对于未来的高性能计算,战略明确指出环境可持续性是一个重要的目标。以环境可持续的方式使用计算机意味着既能更节能,又确保能量以一种环境可持续的方式生成。
环境预测在战略中扮演了什么角色?
欧盟资助的哥白尼地球观测计划现在以大气监测服务和气候变化服务的形式作为我们的一大组成部分。我们还为应急管理服务提供洪水计算,而且承担第三方活动(作为我们日常工作的补充)的工作可能会有进一步发展的空间。
重要的是,按照中心约定,这些活动应该和我们的核心目标一致。我已经提过大气成分和天气预报之间的联系。气候再分析对天气预报也是非常重要的,比如用来做验证、初始化和校正。
在ECMWF以外,科学家们用再分析数据集来提高我们对大气过程的认识。我们可以转而使用获得的见解来改进我们的预测系统。
培训和教育将起到多重要作用?
按照我们的约定,我们应该继续成为数值天气预报的高级培训教育中心。我们想通过提供课程和软件,比如OpenIFS,来继续培训和教育。在战略中有一个新内容是我们想要深化和成员国的培训合作。
这是很重要的,因为ECMWF在数值天气预报方面有独有的集体经验。我们应该通过提供适当的培训和教育好好利用这一点。我们也希望未来能够招募到人员继续发展我们的模式,成员国的科学家和其他人都是我们的招聘基础。
战略对经费资助有什么规划?
将会有多样化资金来源来继续支持ECMWF。成员国及其资助将继续为我们提供主要资金,但我们也必须寻找其他类型的资助,如欧盟委员会的研究基金、卫星机构的基金和其他类型的第三方基金。
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