亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        美國統(tǒng)一預報系統(tǒng)研發(fā)進展和展望

        2023-10-24 09:16:58唐偉于丹肖芳賈朋群
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        唐偉 于丹 肖芳 賈朋群

        (中國氣象局氣象發(fā)展與規(guī)劃院,北京 100081)

        0 引言

        地球系統(tǒng)數(shù)值預報模式發(fā)展是國際研究熱點,歐美等發(fā)達國家紛紛對未來5~10 a模式的研發(fā)和業(yè)務(wù)化提出明確目標,并都強調(diào)了業(yè)務(wù)人員和研究人員共同攻關(guān)的重要性。如在研究機構(gòu)眾多的美國,采用的是政產(chǎn)學研協(xié)同攻關(guān)方式。美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)借助其下一代全球數(shù)值預報模式(NGGPS)研發(fā)計劃,提出了統(tǒng)一預報系統(tǒng)(UFS)[1]建設(shè)。實際上,統(tǒng)一預報系統(tǒng)這個概念并不是美國首創(chuàng),歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)的集成預報系統(tǒng)(IFS)[2],英國氣象局的統(tǒng)一模式(UM)[3],包括我國數(shù)值天氣預報系統(tǒng)[4],都提出了綜合一體化的基礎(chǔ)架構(gòu),這樣不同的應用可以在一體化模式系統(tǒng)上實現(xiàn)[5-6]統(tǒng)一。UFS還是一個社區(qū)模式,采用“眾籌”式的開放創(chuàng)新機制,實現(xiàn)了以NOAA業(yè)務(wù)應用為主導,由政產(chǎn)學研協(xié)同研發(fā)數(shù)值預報模式。NOAA期待著借由UFS保持(或者說重回)其世界“領(lǐng)先”水平的預報能力。NOAA的做法為我們提供了他山之石,可供借鑒。

        1 美國統(tǒng)一預報系統(tǒng)研發(fā)進展

        1.1 從“鐵板一塊”轉(zhuǎn)向開放式的社區(qū)模式

        多年來,NOAA的數(shù)值預報模式因像“鐵板一塊”外部很難介入而廣受詬病,尤其是美國高校學者多次公開批評NOAA,稱其模式水平已經(jīng)墜入世界“第二集團”。因一直以來NOAA和其他學術(shù)機構(gòu)分別獨立開發(fā)數(shù)值預報模式,導致不同機構(gòu)間的模式和物理參數(shù)化無法進行交互、對比和驗證,阻礙了美國數(shù)值模式發(fā)展[7]。如NOAA的全球天氣預報模式(GFS)最初在20世紀70年代后期編寫,其程序是為當時的特定操作系統(tǒng)IBM AIX和NOAA當時擁有的硬件架構(gòu)編寫的,沒有設(shè)計成供外部使用或支持外部使用,因此無法在其他硬件上運行。此外,因為缺乏用戶支持文檔,GFS的程序就像一個復雜的代碼迷宮。這個障礙的結(jié)果是加劇了NOAA和學術(shù)界其他機構(gòu)互相并行而不協(xié)同的發(fā)展,雖然各方有著不同的動機和使命,但都認為對方為了競爭有限的聯(lián)邦資金而重復勞動。2014年以來,UFS的出現(xiàn)實現(xiàn)了一個范式轉(zhuǎn)變,UFS將NOAA的預測模型套件從許多獨立的系統(tǒng)簡化為一個統(tǒng)一的預報系統(tǒng),并提供多個應用軟件。

        2014年10月,NGGPS項目計劃實施方案發(fā)布,提出“用5 a時間,設(shè)計、開發(fā)和實施下一代全球預報系統(tǒng),保持其世界水平的預報能力”,實現(xiàn)將可用預報時效延長8~10 d,改進颶風路徑和強度預報,將天氣預報延長至14 d,極端天氣預報提前3~4周。2015年,一份來自美國國家環(huán)境預報中心(NCEP)的大學大氣研究聯(lián)盟社區(qū)咨詢委員會的報告建議要精簡模式套件并更好地利用外部研究力量,最終激發(fā)了開放式創(chuàng)新[8]的UFS的創(chuàng)建。正是針對UFS的研發(fā),讓美國氣象業(yè)務(wù)主管機構(gòu)NOAA和研究機構(gòu)美國國家大氣研究中心(NCAR)深刻思考雙方之間在合作戰(zhàn)術(shù)上的短板。由于多年來兩個機構(gòu)獨立發(fā)展,導致彼此的模式組件互不兼容,一些優(yōu)秀和有特色的模塊很難在不同機構(gòu)之間進行試驗和對比驗證,在很大程度上限制了最好的模式專家共同研發(fā)最好的業(yè)務(wù)模式。2016年,為了促進創(chuàng)新型研究業(yè)務(wù)化,NOAA和NCAR整合了物理參數(shù)化方案和軟件基礎(chǔ)設(shè)施框架,提出通用社區(qū)物理包(CCPP)的概念。簡單來說,基于CCPP,各模式可以直接調(diào)用給定的物理參數(shù)化套件,即模式之間具有物理互操作性。對于UFS來說,CCPP的出現(xiàn)是一次重大的轉(zhuǎn)折,互操作性成為業(yè)務(wù)研發(fā)的前提,極大地推進了UFS的“統(tǒng)一”。從2020年開始,UFS已經(jīng)在NOAA業(yè)務(wù)體系中逐步落地,并在GitHub網(wǎng)站上發(fā)布其應用軟件的開源代碼。

        1.2 可提供多個應用的統(tǒng)一的系統(tǒng)框架

        UFS能夠?qū)CEP的預測模型套件從許多獨立的系統(tǒng)(如全球天氣預報、全球天氣集合預報、短期區(qū)域集合預報、中期天氣預報、次季節(jié)—季節(jié)(S2S)預報、全球海洋和海冰預報等,每個系統(tǒng)都需要分別進行升級和維護)簡化為一個統(tǒng)一的預報系統(tǒng),并提供多個應用軟件(圖1),從而能夠為美國及其合作伙伴提供更準確的預測。UFS的應用軟件提供中期天氣、S2S、颶風、短期、空間天氣、近海、空氣質(zhì)量預報等功能,這些應用軟件本質(zhì)上是公共代碼庫的特定配置,而不是從頭構(gòu)建的獨立代碼,這是UFS的一個關(guān)鍵??梢哉f,UFS是一項系統(tǒng)工程。

        圖1 UFS概念圖(來源:https://epic.noaa.gov/who-weare/community-modeling/)Fig. 1 The conceptual graph of UFS (Source: https://epic.noaa.gov/who-we-are/community-modeling/)

        1.3 可互操作的統(tǒng)一的基礎(chǔ)架構(gòu)

        UFS的基礎(chǔ)架構(gòu)包括科學組件、配套基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)架構(gòu),這些都是構(gòu)建應用軟件所需的。UFS應用軟件之間共享一組科學組件,即數(shù)值預報模式組件,包括地球系統(tǒng)模式的各分量模式,如大氣動力核心有限體積立方球體FV3、海洋模式MOM6、海冰模式CICE5、陸面模式Noah MP等(表1)。

        表1 UFS應用軟件中使用的模式組件情況Table 1 Usage of model components in UFS applications

        UFS的應用軟件還共享一個系統(tǒng)架構(gòu)(圖2),該架構(gòu)描述了科學組件如何結(jié)合軟件基礎(chǔ)設(shè)施元素,生成專業(yè)化的、端到端的預報并支持研究。其中,紫色框表示工作流環(huán)境和數(shù)據(jù)庫,淺藍色粗線表示順序,紅色框表示可執(zhí)行文件,藍綠色框表示NOAA環(huán)境建模系統(tǒng)(NEMS),黑色框代表科學組件、接口層和中介組件,橙色框表示大氣模式的子組件(FV3、CCPP),粉紅色框顯示部分數(shù)據(jù)同化系統(tǒng),藍色框表示庫和實用工具。

        圖2 UFS系統(tǒng)架構(gòu)中的4個主要層次:庫和實用工具、UFS應用程序、預測包和工作流環(huán)境[9]Fig. 2 Four main layers in the UFS system architecture: libraries and utilities, UFS applications, prediction packages,and workflow environment[9]

        UFS的應用軟件也共享一組軟件基礎(chǔ)設(shè)施包??苫ゲ僮鞯腃CPP即是基礎(chǔ)設(shè)施包中的一員。其他基礎(chǔ)設(shè)施包還有數(shù)據(jù)同化框架(JEDI)、耦合模型組件(ESMF、NUOPC、CMEPS)以及模型驗證框架(METPlus)、工作流軟件等,所有這些基礎(chǔ)設(shè)施包都公開可用。

        耦合模型組件中,地球系統(tǒng)建??蚣埽‥SMF)[10]是由NEMS系統(tǒng)采用社區(qū)開發(fā)和社區(qū)管理的軟件流程來構(gòu)建的。國家統(tǒng)一業(yè)務(wù)預測能力(NUOPC)層是ESMF的一組擴展,可提高組件互操作性并提供增強的架構(gòu)選項以簡化模型耦合[11]。GitHub網(wǎng)站上提供了用于耦合的各種中介器,包括地球預測系統(tǒng)社區(qū)中介器(CMEPS)。這是一種通過NOAA和NCAR合作開發(fā)的符合NUOPC標準的耦合器[12-14]。通過CMEPS框架的設(shè)計,不同的動力核心也可以互換,如跨尺度預測模型(MPAS)[15]和FV3[16]。工作流軟件包括統(tǒng)一后處理器(UPP)等,UPP可以將本機輸出插值到各種網(wǎng)格和文件格式,以用于可視化和預測產(chǎn)品生成。

        軟件基礎(chǔ)設(shè)施包的設(shè)計是為了支持各組件之間的互操作性。對于一個軟件基礎(chǔ)設(shè)施包,有一個包裝器或軟件的“接口(cap)”層(如圖2黑色框所示),它充當組件適配器,可以調(diào)用科學代碼,將用戶編寫的科學代碼轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)設(shè)施包可以理解的標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和元數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的其他組件使用標準“接口”與該組件交互。

        2 美國統(tǒng)一預報系統(tǒng)實現(xiàn)“眾籌”的主要機制

        UFS自研發(fā)以來,一直是以達到世界領(lǐng)先水平為目標的。在業(yè)務(wù)實施效果上,UFS也確實取得了一定成績,其全球模式GFS在2021年3月有整整一周擊敗了ECMWF,這在很長一段時間內(nèi)都沒有發(fā)生過。UFS取得這樣的成績,其中一個重要的原因就是NOAA首次真正實現(xiàn)了開放式創(chuàng)新——NOAA和NCAR以及高校、企業(yè)在模式研發(fā)上的聯(lián)合創(chuàng)新,引領(lǐng)業(yè)務(wù)數(shù)值預報模式走向了“眾籌”之路,和我國提出的科技創(chuàng)新“新型舉國體制”不謀而合。UFS的“眾籌”理念主要體現(xiàn)在:1)具有完全開放的視角,吸引和利用各方人才和智慧;2)先建立業(yè)務(wù)模式框架和體系,再吸引“局外”智慧和業(yè)務(wù)模式“無縫隙”接軌。其實現(xiàn)“眾籌”的機制主要包括:1)提供通用的“集裝箱”式模式研發(fā)框架和基礎(chǔ)平臺;2)提供開源資源和友好的用戶支持;3)通過聯(lián)邦協(xié)調(diào)機構(gòu)構(gòu)建行業(yè)協(xié)同伙伴關(guān)系;4)設(shè)立專門成果轉(zhuǎn)化項目激勵基于UFS框架的創(chuàng)新等。

        2.1 提供通用的“集裝箱”式模式研發(fā)框架和基礎(chǔ)平臺

        UFS是一種“集裝箱”式的架構(gòu),地球科學模型集裝箱化的優(yōu)勢在許多論文中進行了討論[17-18],該架構(gòu)可以保證UFS安裝方便、可移植性高、重現(xiàn)性好[19]。UFS采用的CCPP建立了全國通用的數(shù)值模式物理過程編碼基礎(chǔ),使得不同模式的物理參數(shù)化方案可以“互操作”。同時,UFS使得未來“插件”式的模式有可能被鑄造:即在模式技術(shù)層面上有了統(tǒng)一規(guī)則和基準或標準后,一個新模式的誕生可能是各方最優(yōu)秀的“模式插件”的組合而已,即世界上最好的模式也許是實驗室A的大氣核心+實驗室B的海洋模式+實驗室C的物理參數(shù)化方案……。數(shù)據(jù)同化是當前數(shù)值預報模式研發(fā)的核心,NOAA目前正在與云服務(wù)提供商合作,設(shè)計和構(gòu)建一個面向公眾的數(shù)據(jù)湖,該數(shù)據(jù)湖將用作集中式存儲庫,其中觀測值可以實時轉(zhuǎn)換為JEDI使用的通用格式。

        2.2 提供開源資源和友好的用戶支持

        UFS的天氣應用軟件和所有的基礎(chǔ)設(shè)施包都支持代碼發(fā)布。目前在GitHub上已發(fā)布的應用軟件包括中期天氣應用、短期天氣應用、CCPP等。UFS支持訪問完整的代碼庫,還可以鏈接到JEDI基礎(chǔ)設(shè)施上進行數(shù)據(jù)同化。UFS鼓勵合作伙伴在GitHub上基于UFS公開版本貢獻代碼。在開源這一點上,ECMWF和UFS思路一致。為了加強合作、提高效率、增強IFS可擴展性,2020年6月ECMWF決定在GitHub上部分或完全開放其預報模式IFS的代碼。目前,IFS已經(jīng)開放了6個模式軟件,很快還要開放2個模式軟件。ECMWF期待各成員國全面和深刻評估開放IFS的優(yōu)點,以推動IFS[20]的全面開放。

        而且,UFS所有應用軟件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施包在UFS網(wǎng)站和GitHub Wiki上都有廣泛的用戶支持文檔。此外,還有一個論壇用于發(fā)布和回答問題、訪問最新版本以及報告錯誤。有測試案例顯示,在只有8 GB內(nèi)存的筆記本上就可以下載、編譯和運行整個UFS工作流程,該案例下載代碼、安裝和鏈接花費了不到2 h,以C96(100 km)分辨率將完整的FV3-GFS運行12 h大約用了1 h。眾多反饋顯示,參加測試的用戶從終身教職員工到高中生,從商業(yè)云HPC到視頻游戲機等平臺上都成功運行了UFS。

        2.3 通過聯(lián)邦協(xié)調(diào)機構(gòu)構(gòu)建行業(yè)協(xié)同伙伴關(guān)系

        行業(yè)協(xié)同是UFS開放式創(chuàng)新成功的關(guān)鍵。UFS起初仍然是在NOAA內(nèi)部研發(fā)的。其中一個關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點是2019年NOAA與NCAR達成合作協(xié)議,建立了新的伙伴關(guān)系,CCPP框架即是其共同設(shè)計的一個通用軟件基礎(chǔ)設(shè)施平臺。CCPP框架為氣象行業(yè)的研究人員和業(yè)務(wù)人員提供相同的工具,可以加速模式開發(fā),最大限度地發(fā)揮效益。此外,美國聯(lián)邦機構(gòu)之間也通過組建氣象服務(wù)機構(gòu)間委員會加強了行業(yè)協(xié)同。白宮科技政策辦公室(OSTP)和NOAA響應2017年的《天氣研究和預報創(chuàng)新法案》,于2020年8月成立了推進氣象服務(wù)機構(gòu)間委員會(ICAMS)。這是自1964年聯(lián)邦氣象服務(wù)和支持研究委員會(FCMSSR)成立以來,聯(lián)邦機構(gòu)之間協(xié)調(diào)工作最重大的重組[21]。通過四個ICAMS委員會(研究與創(chuàng)新,觀測系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)、設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施,服務(wù))可以更有效地利用共享資源,減少重復工作。2017年《天氣研究和預報創(chuàng)新法案》、2018年《國家綜合干旱信息系統(tǒng)再授權(quán)法案》的頒發(fā),促成了一個虛擬中心——地球預測創(chuàng)新中心(EPIC)的成立,EPIC通過構(gòu)建伙伴關(guān)系、在云開發(fā)環(huán)境中提供模式代碼和數(shù)據(jù)、提供穩(wěn)定的長期政府投資、引導基于UFS的定向投資等,使得UFS真正向高校、企業(yè)、研究人員乃至學生等開放。

        2.4 設(shè)立成果轉(zhuǎn)化項目激勵基于UFS框架的創(chuàng)新

        NOAA建立的研究向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化分級政策極大地推動了創(chuàng)新。2016年NOAA以NAO-216-105B號局長令的方式,發(fā)布了《研究和開發(fā)過渡政策》。根據(jù)該政策,NOAA資助內(nèi)部或外部研究項目,以及得到外部資助的研究項目,都按照其與業(yè)務(wù)化的“距離”,劃分為1~9級(用RL表示):RL1~2(研究)、RL3~5(開放)、RL6~8(展示)、RL9(業(yè)務(wù)實施)。特別是,該政策將業(yè)務(wù)環(huán)境評估(5級)、原型系統(tǒng)演示(6級)、進入業(yè)務(wù)系統(tǒng)演示(7級)和準業(yè)務(wù)運行、培訓(8級)工作流程納入研究項目等級序列,可以更好地將研究成果規(guī)范化、流程化,完成了RL8就能夠很快轉(zhuǎn)化成業(yè)務(wù),極大地提高了研究向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化的效率。

        此外,為支持NOAA開發(fā)基于政產(chǎn)學研協(xié)同的UFS,NOAA專門設(shè)立研究向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化(R2O)項目,為的是響應產(chǎn)學研界的建議,在統(tǒng)一建模框架和協(xié)作策略下集成和共同管理UFS建模和數(shù)據(jù)同化。該項目已得到了美國國家天氣局(NWS)科學和技術(shù)一體化辦公室(OSTI)和NOAA海洋和大氣研究辦公室(OAR)為期2 a的資助。未來3~5 a的愿景工作也即將開展,以不斷推動可向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新。在NOAA對UFS的資助項目(圖3)中,UFS-R2O項目是一個主要來源,約1300萬美元/a,由NWS OSTI和NOAA OAR聯(lián)合資助。此外,還有很大一部分資金來源是颶風和災害補充項目(HSUP)。

        圖3 NOAA對UFS的資助情況[22]Fig. 3 NOAA Investment in UFS[22]

        UFS-R2O項目將開發(fā)兩個重要的預報系統(tǒng):一個是適用于中長期預報(數(shù)日到數(shù)周)的完全耦合的全球集合預報系統(tǒng)(GEFS),另一個是適用于短期預報(數(shù)小時到數(shù)日)的區(qū)域集合預報系統(tǒng)(RRFS)。這兩個系統(tǒng)都將于2024年業(yè)務(wù)化,并將成為首批由NOAA和產(chǎn)學研界協(xié)同開發(fā)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

        在團隊建設(shè)上,UFS-R2O項目共有來自NOAA內(nèi)部和外部的200多名參與者,他們共同在一個管理框架下工作。該項目分為3個應用團隊,分別專注于中期天氣預報和S2S的全球建模、短期天氣預報和颶風建模、軟件和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施研發(fā)。團隊的參與者所在機構(gòu)包括NOAA、衛(wèi)星數(shù)據(jù)同化聯(lián)合中心(JCSDA)、NCAR、喬治梅森大學、科羅拉多州立大學、科羅拉多大學、威斯康辛大學麥迪遜分校、美國海軍研究實驗室等。其中,中期天氣預報和S2S的全球建模團隊由NCEP環(huán)境建模中心(EMC)的Avichal Mehra和喬治梅森大學的Cristiana Stan擔任負責人。

        基于UFS框架的R2O項目的實施,真正使UFS實現(xiàn)了“眾籌”式研發(fā)。在NOAA主導下,美國高校在UFS的研發(fā)向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化中發(fā)揮了重要的作用,絕大多數(shù)R2O項目都是由高校完成的。R2O項目的成果,在研究向業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化分級政策的指導下,可以很快地進入UFS中實現(xiàn)業(yè)務(wù)化。NWS的科學和技術(shù)一體化辦公室OSTI每年都會發(fā)出資助項目申請通知,以支持開發(fā)UFS。資助人員的面向范圍是美國高等教育機構(gòu)、商業(yè)組織、各地政府和其他美國非營利組織。資助項目研究范圍包括:1)下一代全球預測系統(tǒng);2)次季節(jié)—季節(jié)(S2S/第3—4周)計劃;3)颶風預報改進計劃(HFIP)。資助總額為2 a約300萬美元。資助項目的選擇側(cè)重于RL4~7相關(guān)的項目。在2020財年,9個資助項目中有7個項目的受資助單位是高校。此外,NOAA其他機構(gòu)也在資助UFS框架下的研發(fā)。如2022財年,NOAA的天氣計劃辦公室資助了基于UFS框架下的54個研究項目,研究人員來自30余個大學和科研院所。

        3 我國數(shù)值預報模式研發(fā)面臨的機遇和挑戰(zhàn)

        我國數(shù)值天氣預報經(jīng)過60多年發(fā)展,目前迎來了最好的發(fā)展環(huán)境。一是國務(wù)院印發(fā)《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要(2022—2035年)》,在國家層面凝聚了氣象高質(zhì)量發(fā)展、發(fā)展氣象國家“芯片”的共識;二是中國氣象局于2021年成立了地球系統(tǒng)數(shù)值預報中心,集全系統(tǒng)優(yōu)勢形成了合力;三是在中國氣象局以外,中國科學院、自然資源部、高校和部分企業(yè)開展數(shù)值預報模式研發(fā)的能力和熱情持續(xù)提升;四是最近20多年來,中國氣象局通過“局院合作”“局校合作”等機制,保持與局外主要研發(fā)力量的聯(lián)系、交流和溝通,有較好的合作基礎(chǔ)。

        不過,我國地球系統(tǒng)數(shù)值預報模式研發(fā)還存在著一些亟待解決的問題,需要摒棄急功近利的做法,認真思考問題和不足。一是我們對一體化的、地球系統(tǒng)數(shù)值預報的科學認識是否清晰,有沒有形成普遍共識?二是我們目前業(yè)務(wù)應用的全球數(shù)值天氣預報一體化模式和正在研發(fā)的地球系統(tǒng)一體化模式,有沒有軟件工程上的系統(tǒng)開發(fā)理念、軟件工程開發(fā)技術(shù),有沒有匹配的軟件工程開發(fā)人員?三是我們有多少研發(fā)工作是可理解的——程序代碼是否通用、易讀、易于維護?有沒有保證研發(fā)可持續(xù)性的完整全面的用戶支持技術(shù)文檔?四是僅依靠氣象系統(tǒng)的數(shù)值預報模式研發(fā)人員隊伍能否勝任在未來10 a實現(xiàn)預報能力全球領(lǐng)先的艱巨任務(wù)?

        目標導向更能夠激勵創(chuàng)新[23]??梢哉f,我國的數(shù)值預報水平在國際上仍處于第三陣營(圖4)。而且,歐美國家一直在持續(xù)創(chuàng)新和進步,ECMWF提出了未來10 a地球系統(tǒng)模式研發(fā)目標[24],英國氣象局也已經(jīng)開始部署下一代模式系統(tǒng)的研發(fā)。而我國要實現(xiàn)到2035年氣象預報水平全球領(lǐng)先的目標,就意味著不光要縮小差距,更要實現(xiàn)跨越式的趕超。因此,亟需開展政產(chǎn)學研合作創(chuàng)新,并發(fā)揮政府主管部門(中國氣象局)在其中的主導作用。

        圖4 1998—2022年世界主要氣象機構(gòu)的全球數(shù)值天氣預報模式500 hPa高度場的5 d預報RMSE對比(來源:https://wmolcdnv.ecmwf.int/scores/time_series/500_z)Fig. 4 Comparison of 5-day forecast RMSE of 500 hPa height field by global numerical weather forecast models from major world meteorological agencies during 1998-2022(Source: https://wmolcdnv.ecmwf.int/scores/time_series/500_z)

        4 對中國氣象局數(shù)值預報模式研發(fā)機制的啟示

        4.1 由中國氣象局主建全國統(tǒng)一的模式研發(fā)基礎(chǔ)平臺,凝聚模式研發(fā)優(yōu)勢力量

        2021年國際上成立的開放建?;饡∣MF),核心就是通過現(xiàn)有標準或者開發(fā)新的標準來促進建模的開放[25]。同樣地,UFS提出的CCPP框架表面上是提供數(shù)值預報模式組件的程序庫的軟件工程服務(wù),但其背后卻具有在技術(shù)層面規(guī)范模式研發(fā)活動的意義。CCPP規(guī)范了交流的“軌道”,能夠推動實現(xiàn)不同機構(gòu)的模式互通交流、甚至“加掛”或重新“組合”成全新的模式。CCPP在模式研發(fā)底層架構(gòu)和規(guī)范標準層面的意義在于,它使政產(chǎn)學研機構(gòu)在技術(shù)層面上能夠直接進行對話,進而產(chǎn)生巨大效益。CCPP帶來的“統(tǒng)一”,其目的并不是建立適用于所有應用場景的龐大模式系統(tǒng),而是著力構(gòu)建可以在不同模式之間交換組件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這是一項艱巨的軟件工程,其核心內(nèi)容之一就是實現(xiàn)不同模型間的物理參數(shù)化的互操作性。這樣,氣象研究人員不需要從頭做起,只要有任意一個組件的研發(fā),就可以通過重新組合來對比驗證新組件的好壞。因此,應盡快建設(shè)模式研發(fā)、耦合、物理參數(shù)化、資料同化、模式后處理等的統(tǒng)一的基礎(chǔ)平臺。通過統(tǒng)一底層基礎(chǔ)框架、研發(fā)平臺和研發(fā)標準規(guī)范,簡化研發(fā)流程,讓模式研發(fā)實現(xiàn)可互操作性。并通過規(guī)范標準的制定,確保中國氣象局在模式研發(fā)中發(fā)揮主導作用,以確保模式創(chuàng)新在業(yè)務(wù)預報中應用,更好服務(wù)國家、服務(wù)人民。在資金資助上,可以鼓勵基于該研發(fā)基礎(chǔ)框架的創(chuàng)新性研究,對相關(guān)的研究給予資金資助,用好“揭榜掛帥”“賽馬制”等,充分調(diào)動產(chǎn)學研機構(gòu)的積極性。

        4.2 分步驟實施模式開源開放,提升模式核心關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)效率和創(chuàng)新能力

        過去10 年,國際上采用了一個FAIR原則,即可發(fā)現(xiàn)性、可訪問性、互操作性和可重復使用,促進了數(shù)據(jù)和軟件開放共享[26]。ECMWF和NOAA也不約而同地采取了模式代碼開源的方式,這是研發(fā)數(shù)值預報模式的必由之路。因此,應堅定走開放的道路,標準化編寫模式軟件代碼(必要時需要進行代碼重寫),提高模式研發(fā)效率、利用產(chǎn)學研力量增強模式創(chuàng)新能力、在日益激烈的國際科技競爭中把核心關(guān)鍵技術(shù)牢牢把握在自己手里。同時,從實際出發(fā),可以采取分步走的開源開放方式,先在核心合作伙伴之間提供模式源代碼,再在保證自主可控、安全的前提下,向高校、科研院所開放模式源代碼,保證開放落實落地。

        4.3 提供易訪問易操作的數(shù)據(jù)環(huán)境和模式技術(shù)支持,厚植開放創(chuàng)新的土壤

        當然,僅開放源代碼是不夠的,沒有通用的、靈活的數(shù)據(jù)環(huán)境(讀取、存儲等)、沒有通用的計算環(huán)境(環(huán)境變量設(shè)置等)和云端布置的高性能計算能力,程序就轉(zhuǎn)不通,就沒辦法修改和對比驗證,開源就成了一句空話[27-28]。在數(shù)據(jù)環(huán)境、計算環(huán)境、云平臺等領(lǐng)域,產(chǎn)業(yè)界(企業(yè))有著明顯的優(yōu)勢。因此,應加強和企業(yè)的合作,為產(chǎn)學研提供易訪問的模式的數(shù)據(jù)環(huán)境、計算環(huán)境和云端布置的高性能計算平臺。同時,還要向用戶提供友好的技術(shù)文檔,引導用戶如何方便、快速地完成模式下載、編譯和運行,保證易操作性、可重復性、可供同行評議,這是開放式創(chuàng)新理念的精髓,將能夠加速政產(chǎn)學研的聯(lián)合創(chuàng)新能力。另外,還需要建立氣象局和用戶、用戶和用戶之間討論的平臺,積極營造聯(lián)合創(chuàng)新的氛圍。

        4.4 緊緊抓住核心合作伙伴,夯實地球系統(tǒng)數(shù)值預報模式研發(fā)的開放基礎(chǔ)

        NCAR是美國氣象學術(shù)圈中的龍頭機構(gòu),NOAA選擇和NCAR合作,不僅能夠借助前期NCAR研發(fā)“眾籌”式模式WRF的經(jīng)驗,還能更大限度地調(diào)動來自美國高校的積極性,也能夠利用美國國家科學基金會、美國國防部、美國海軍等多方資金資助,可謂是“一石多鳥”的成功決策。ECMWF也有其核心合作伙伴雷丁大學,雙方的密切合作、優(yōu)勢結(jié)合,是ECMWF業(yè)務(wù)能力全球領(lǐng)先的重要保障。中國氣象局和科研院所有很好的合作經(jīng)驗。中國科學院大氣物理研究所有著深厚的模式研發(fā)和基礎(chǔ)理論研究基礎(chǔ)。此外,中國科學院大氣物理研究所和清華大學共建的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”已經(jīng)完成建設(shè),國家不太可能再投資興建另一個這樣的大裝置。因此,在新發(fā)展階段,應和中國科學院大氣物理研究所建立核心合作伙伴關(guān)系,借助其模式研發(fā)創(chuàng)新能力,在科研院所和高校中形成聯(lián)合創(chuàng)新的領(lǐng)頭作用,同時讓“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”充分發(fā)揮其經(jīng)濟社會效益。

        猜你喜歡
        系統(tǒng)
        Smartflower POP 一體式光伏系統(tǒng)
        WJ-700無人機系統(tǒng)
        ZC系列無人機遙感系統(tǒng)
        北京測繪(2020年12期)2020-12-29 01:33:58
        基于PowerPC+FPGA顯示系統(tǒng)
        基于UG的發(fā)射箱自動化虛擬裝配系統(tǒng)開發(fā)
        半沸制皂系統(tǒng)(下)
        FAO系統(tǒng)特有功能分析及互聯(lián)互通探討
        連通與提升系統(tǒng)的最后一塊拼圖 Audiolab 傲立 M-DAC mini
        一德系統(tǒng) 德行天下
        PLC在多段調(diào)速系統(tǒng)中的應用
        富婆猛男一区二区三区| 国产乱妇无乱码大黄aa片| 中国少妇内射xxxx狠干| 伊伊人成亚洲综合人网7777| 中文国产成人精品久久一区| 女同舌吻互慰一区二区| 伊人久久精品无码av一区| 天堂草原电视剧在线观看图片高清| 97人妻碰免费视频| 亚洲精品女优中文字幕| 国产精品女老熟女一区二区久久夜| 亚洲国产成人久久综合下载| 国产在线美女| 漂亮人妻被强中文字幕乱码| 人禽杂交18禁网站免费| 亚洲精品久久久久久久久av无码| 99精品欧美一区二区三区美图| 少妇久久一区二区三区| 在线观看av片永久免费| 久久午夜无码鲁丝片直播午夜精品| 国产精品国三级国产av| 亚洲男人的天堂av一区| 日本高清视频永久网站www| 久久精品国产亚洲av瑜伽| 久久这里只有精品黄色| 一区二区三区国产精品乱码| 少妇久久久久久被弄到高潮| 国内无遮码无码| 国产精品久久三级精品| 亚洲国产精品日本无码网站 | 无码国产精品一区二区免费式芒果| 国产午夜精品久久久久免费视| 日韩精品一区二区三区毛片| 蜜桃成熟时日本一区二区| 又大又长粗又爽又黄少妇视频 | 人妻少妇中文字幕av| 久久国产精品一区二区| 电驱蚊液可以插一晚上吗| 国产97在线 | 中文| 精品国产一区二区三区久久女人| 亚洲精品一区二区网站|