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国务院政府特殊津贴获得者、北京城市气象研究院副院长陈明轩:做有用管用好用的科研

日期:2024-04-16 15:31:10

二十多年前,初入职场的陈明轩对短时临近天气预报(以下简称“短临预报”)还没有具象化的认识,他所在的短临预报研究团队也仅仅只有3人。

二十多年后,陈明轩带领16人的短临预报研究团队,取得多项创新性的高影响天气短临预报关键技术研发成果,在灾害性天气监测预报、首都安全运行、重大活动气象保障服务等工作中发挥重要作用。

缘起——

第一次参与重大活动保障

2001年7月13日,北京成功申办2008年夏季奥运会后,有关气象保障服务工作从这一刻紧锣密鼓地开始筹备。以此为契机,陈明轩两次被派往美国国家大气研究中心进行中长期访问交流,沉浸式学习、了解、参与短临预报工作。

北京夏奥会期间,国际奥委会明确提出,天气预报至少要做到一天4次滚动更新、每3小时一次预报,个别情况下每1小时一次预报。当时,国内的精细短临预报业务系统几乎是空白,一个亟待解决的难题摆在第一次参与重大活动气象保障服务的陈明轩等人面前。

“2003年,我们在美国访问交流期间认识到,原来天气雷达应用在临近预报中不仅是用来‘看图说话’,还可以实现自动化的定量应用,提升强对流天气临近预报的准确度、精细度。”陈明轩犹记得当时心情,可谓是大开眼界。

陈明轩等人通过与美国国家大气研究中心等国际知名机构的深度合作和联合研发,在北京夏奥会前,搭建了北京自动临近预报系统(BJ-ANC),在北京地区首次实现了应用新一代天气雷达等多源数据的强对流天气客观自动临近预报,成为北京夏奥会气象保障服务体系的核心组成部分,并为后来北京市气象局0-12小时短临预报准确率提升工程奠定了坚实基础,也成为国内开展自动化临近预报的示范。

沉淀——

不断明晰的目标和使命

“夏奥会结束之后,特别是2009年到2017年间,随着人民群众对气象日益增长的需求,北京重大活动的增多,大城市发展对气象工作越来越高的要求,我们更加清醒地认识到短临预报的重要性,它是大城市气象保障服务的核心所在。”陈明轩说,也是在那段时间,北京睿图体系逐渐孵化、落地。

睿图体系包括多个子系统。其中,睿图-雷达、睿图-临近数值预报、睿图-睿思等3个子系统由陈明轩带领的短时临近预报研究团队负责,如今已成为北京精准短临预报预警技术体系的重要组成,有力支撑新时期首都安全运行和近年来重大活动气象保障服务。相关成果还逐步推广到浙江、河北、安徽、湖南、黑龙江、福建等地,服务应用于杭州亚运会、雄安新区建设、电网防灾减灾等气象保障服务中。

系统的成功研发和有效应用并非一蹴而就。陈明轩说,通过长期与预报员的融入式交流后有个共识,“快、准、稳”是短临预报预警的核心,技术研发也要瞄准这个目标。

“就拿睿图-雷达来说,需要快速融合京津冀地区9部S波段、1部C波段和11部X波段雷达的探测数据,我们采用金字塔结构瓦片组网等技术方法,加速数据组网运行,来保证‘快’的要求。”陈明轩介绍。另外,如何定量用好X波段雷达数据,资料质量控制是关键,特别是针对双偏振参量的一系列质控技术,我们做了大量研发和测试。

要解决的难题不止这两个,还有很多面向雷达组网业务应用的技术难题一一被攻克。

目前,睿图-雷达系统形成了最快3分钟更新、覆盖京津冀500米网格、北京地区100米网格的27个组网产品,包括降水粒子相态、三维风场、增雨潜力、冰雹、雷暴大风、短时强降水、任意区域面雨量等23个监测识别产品,以及强对流回波、冰雹、雷暴大风、短时强降水等4个1小时临近预报产品。系统网络客户端可快速加载三维组网产品,360°全方位展现雷暴三维结构。

“短临预报技术攻关的过程就像盖楼。有了一个比较好的底座,上面的楼怎么越盖越好?盖好后怎么让楼里面的功能更完善?相当于怎么给预报员提供更有用、管用、好用的科研产品?这是我们短临预报研究团队的使命。”陈明轩说。

打磨——

科技攻关永远在路上

从服务保障北京夏奥会,到组织研发构建北京精准短临预报预警技术体系,陈明轩表示,这是他工作中两个重要的成长阶段,第三个阶段则是他参与2022年北京冬奥会和冬残奥会气象保障服务。

陈明轩作为国家重点研发计划项目“科技冬奥”重点专项负责人和首席科学家,带领团队自主研发“百米级、分钟级”天气预报技术体系,实现了最细67米网格、最快10分钟更新、最长10天时效的气象预报在北京冬奥会和冬残奥会三个赛区的全覆盖,刷新了冬奥会气象预报精度纪录,为冬奥会和冬残奥会官方训练和正式比赛全过程、开闭幕式、赛事日程调整、外围保障等气象保障服务提供核心技术支撑。

“从夏奥到冬奥,14年白驹过隙,首都气象精准预报水平已经大不一样,科技支撑能力大幅提升。”陈明轩自豪地感叹道。

后冬奥时代,“百米级、分钟级”预报技术成为国内天气预报的一个靓丽品牌。

陈明轩和团队成员瞄准强对流天气预报挑战,拓展冬奥科技成果。通过人工智能等方法开展“百米级、分钟级”雷暴大风预报、短时强降水预报等研究工作,提升区域内雷暴大风和短时强降水短临预报支撑能力,在重大活动保障、大城市安全运行、风力发电、港口运行等领域实现落地应用;研发构建龙卷可分辨尺度短临集合数值预报系统,基本实现我国中东部(含东北)地区最高分辨率达到43米的龙卷特征实时追踪降尺度预报,并实现实时测试运行,成为国内首个落地应用的该类系统。

工作中,陈明轩有意识地为团队成员提供锻炼的机会,既给他们压担子,也为他们搭梯子。他表示,科研工作很多时候是有目标地摸着石头过河,不少漂亮石头是团队年轻人探索到的,并且持续打磨使其发光,大家非常有工匠精神。

紧跟国际科技前沿,陈明轩正带领团队在新技术领域深入探索。“气象科研工作永远在路上,我们还有很多难题需要去攻克。”他说。(叶芳璐)