天气的重要性

　　ECMWF是成立于1975年的政府间组织，致力于将欧洲国家的资源集合起来，改进数值天气预报。

　　ECMWF的目标是发展中尺度天气预报能力，并向其成员国和合作国提供预报结果。为此，ECMWF发展和运行着7×24小时的全球模式和资料同化系统，用于研究地球动力学、热力学、地球组分及其相互作用。ECMWF主要目标是改进其全球中期天气预报产品，特别强调了灾害性天气的早期预警。这反过来又使国家气象部门（NMS）获得了更高的分辨率和改进的数据，帮助他们提供天气预报服务。

　　十年战略中，ECMWF的科学发展紧密相连，在于成员国的合作中得到发展，并且每五年进行重新审视和更新。这保证了战略综合考虑了科学、技术和经济水平的最新发展。

　　ECMWF下一个十年战略，设立了雄心勃勃的目标，将高影响天气预报提前至两周，并确立了集合预报方法是预测的重点。集合预报提供了一系列可能的情景，让预报员在预报中更有把握，该业务已经在ECMWF运行了25年。集合预报方法使ECMWF能够捕捉产生严重灾害的极端天气的可能性。为了进一步改进该方法，战略将设定的目标是2025年水平分辨率达5km。为了实现该目标，ECMWF全力推动地球系统方法的模式和资料同化。地球系统模式仍在初级阶段，但其在资料同化方面的应用将非常创新，结果将十分具有突破性。自该方法提出以来，顶尖的科学家和高性能HPC能力使ECMWF一直处于领先地位，成为卓越中心。ECMWF重点一方面是继续吸引全世界最优秀的科学家，同时为实现核心目标，确保为科学家们提供最好计算能力。

十年能产生什么影响？

　　气象学的发展被形容为静悄悄的革命，其演化和进程是逐步发展的。然而，十年的科学发展确实有所进步，更早的预警可以对生死产生影响。

　　下面的两个例子说明了我们将在2025年，即战略周期结束时将达到的成果。

　　再次运行2005年1月袭击瑞典的风暴Gudrun的例子，说明过去十年来所取得的进展。如下图所示，更窄的箱形图（box-and-whisker plots）表明如今的预报，阵风预报的不确定性要比十年前小得多。现在的预报要准确得多：对瑞典南部进行高分辨率预报，认为这次阵风大于30m/s，这一结果与该地区观测结果30～35m/s相吻合，远比当时预报的15～25m/s准确。到2025年，类似这样的风暴可靠性预报将提前至十天，某些预报中甚至提前至两周。

ECMWF的战略方法

　　不断推进研究将帮助我们改进对相关时间尺度的可预测性来源的认识，未来集合预报系统进一步发展，将能够提取预测信号。未来十年中，本战略旨在提前两周预报高影响天气，提前四周预报大尺度环流。这将改进国家气象部门发布的热浪或寒潮预警的预报时效。

集合预报：提前告知极端天气事件 

　　高影响天气预报能力的提高依赖于能够进行提前两周预报的高分辨率集合系统。这一雄心的目标需要科学、计算能力和可扩展性发展，共同实现2025年水平分辨率达到5km。分辨率水平对模式模拟影响人民和财产的天气现象非常重要。高分辨率的另一个益处是能够更好的同化各种类型的观测，提高了数值计算准确性，特别是改进了地面气象要素的描述，从而减少了初始场误差。此外，由于固有的预报不确定性，以及捕捉极端天气可能性的需求，集合方法十分重要。对于更长时间尺度，在本战略实施阶段，用于次季节和季节模式的配置将逐渐合并。

地球系统方法 

　　战略的关键目标是实现提前两周预报高影响天气事件和提前四周预报大尺度环流及环流变化，这不仅需要改进大气模式，还需要改进地球系统的其他组分，包括海洋、海浪、海-冰、陆面、气溶胶及各组分间的相互作用。

模式发展 

　　现今全球预报模式中大气尺度分辨率提高至几十公里，并包含了陆面和海洋的相互作用。为了改进预报及预报技巧，模式中需要加入更多的组分，并提高空间分辨率。

　　下一个十年内，将增强对大气物理过程的研究十分必要，进而更好地代表云和降水、辐射、湍流混合和对流。大气模式将被用于更大的空间分辨尺度范围，从低分辨率的季节预报，到高分辨率的集合预报，提高了深对流的分辨率。研究保证模式物理过程在各分辨率下有效和持续运行。要进一步发展各预报尺度下的陆面模式，同时还要提高对海洋、地面波、冰冻圈和气溶胶的模拟。研究如何更好表示地球系统各组分物理过程中的不确定性，对有效的集合预报来说至关重要。

认识当下：同化观测

　　ECMWF预报技巧主要归功于在前沿资料同化研究和技术的优势和专业性。积极主动寻找资料同化创新方法（如变分技术、集合资料同化），同时与数据提供者（EUMETNET提供外场资料，EUMETSAT等空间机构提供卫星观测数据）保持密切的框架合作也是ECMWF在该领域保持领先地位的重要原因。

　　随着ECMWF预报过程逐渐向耦合模式发展，不同组分之间的相互作用需要全部考虑进来，不仅在预报中，在定义预报初始场时就应考虑。ECMWF已经开始探索新的耦合同化系统，用更全面和更平衡的方式初始化数值天气预报。这种方法有可能更好地利用卫星测量，从而改进预报。通过全面考虑各组分之间的相互作用，减少耦合预报初始化振荡（initialisation shocks）。同时还将为各个时间尺度初始化生成持续的地球系统状态。

　　战略中提到的更高空间分辨率和地球系统不同组分间不断增强的耦合，需要新的观测支持。尽管ECMWF使用了许多种类型仪器的观测结果，从气球、雷达到飞机，每天处理的4000万观测资料中，95%来自卫星观测。ECMWF与世界各地的空间机构开展密切合作，特别是与EUMETSAT，以保证现有仪器能够满足气象需求。未来十年，我们将会看到第一个高光谱仪器将应用到地球静止轨道，EUMETSAT第二代应用在近地轨道，它将携带新的和升级的设备，同时也将增强微波核心探测能力。ECMWF也参与到美国下一代系统，JPSS和中国风云卫星的合作中。此外，还有诸如ESA ADM-Aeolus和EarthCARE等令人兴奋的科技演示任务，而ECMWF正在并将希望保持新观测资料同化研究的最前沿。

超级计算机的可扩展方法 

　　基础新型计算和基础模式将解决高分辨率地球系统模式演进过程中产生的可扩展性和业务性的挑战。考虑计算能力时，不能脱离可扩展性方法。为了达到这些目标，并保持经济性和环境可持续性，ECMWF要保证能够获得最适合的计算科技，同时进一步发展代码的可扩展性方法。

　　可扩展性：为了更好的利用现有计算资源，计算机代码必须可扩展。

　　在整个预报过程中，从预报模式观测输入到交付预报结果给成员国用户，各部分都需要可扩展的代码。下一代高分辨率集合预报意味着远远高于现在数个数量级的数值和计算任务，随之而来的还有可预见的观测数据量的急速增长。数据量增加的同时，为了满足成员国严格的期限，产品时效仍将在一小时之内。同时，高性能计算机不断快速发展，出现了一些诸如使用加速系统和高内存带宽轻内核的新型模式。为了实现对数值方法、计算机硬件和代码设计等元素的集成方法，需要对现有模式做出改变。

　　成功实施战略需要数值天气预报和计算机科学共同向高能效算法和技术上发展，同时保证数值准确性和稳定性。还将围绕与技术提供者保持和建立合作关系为中心，以从技术路线上获益，并与可能的革新技术发展保持一致。

　　开拓未来混合计算架构的研究项目已经启动，并且在整个寻求最佳模式的战略周期中都十分重要，还将考虑并达到未来计算能力和数据处理限制。

　　ECMWF将以高能效和环境可持续的方式，寻求提供一种能从科学创新中获益的高性能计算设备。

　　过去40年来，ECMWF一直受益于成员国和合作国的支持：不论在资金上，还是在科学合作和研究共享上。ECMWF还与WMO以及来自中国、美国、巴西、日本的气象机构、研究中心、高校和空间机构等开展协调合作。虽然独立于EU，ECMWF还是与EU保持了密切伙伴关系。来自EU的研究经费使ECMWF在可扩展性和季节性预报等领域得以发展。最近，ECMWF成为EU旗舰Copernicus计划中气候变化和大气监测的服务提供者。

　　本战略是广泛合作的成果，其成功依赖于ECMWF及其成员的合作精神。