王毅 劉爽 代刊 李嘉睿 許萬(wàn)智 郝伊一

（1 國(guó)家氣象中心，北京 100081；2 中國(guó)氣象局國(guó)際合作司，北京 100081；3 中國(guó)氣象局氣象發(fā)展與規(guī)劃院，北京 100081）

0 引言

世界氣象組織（WMO）作為目前擁有193個(gè)會(huì)員國(guó)和會(huì)員地區(qū)的政府間組織，是聯(lián)合國(guó)的專門機(jī)構(gòu)。由于天氣、氣候本身具有無(wú)國(guó)界的屬性，全球氣象數(shù)據(jù)交換和共享對(duì)于氣象觀測(cè)和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展至關(guān)重要。WMO于1963年在第四次世界氣象大會(huì)上通過(guò)了啟動(dòng)世界天氣監(jiān)視網(wǎng)（WWW）計(jì)劃的決議，主要是為了加強(qiáng)氣象衛(wèi)星的國(guó)際合作。當(dāng)前，WWW已發(fā)展到利用觀測(cè)技術(shù)、通信系統(tǒng)和數(shù)值預(yù)報(bào)等在全球范圍內(nèi)規(guī)范、收集、分析、加工和分發(fā)天氣、氣候和其他環(huán)境信息，促進(jìn)各會(huì)員的國(guó)家氣象和水文部門更好地應(yīng)對(duì)災(zāi)害性天氣、氣候變化等，以減少生命財(cái)產(chǎn)損失、保護(hù)資源與環(huán)境，并保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。WWW計(jì)劃包括三個(gè)核心部分：WMO全球綜合觀測(cè)系統(tǒng)（WIGOS）、WMO信息系統(tǒng)（WIS）和全球數(shù)據(jù)處理和預(yù)報(bào)系統(tǒng)（GDPFS）。

GDPFS是由WMO各個(gè)會(huì)員的業(yè)務(wù)中心組成的網(wǎng)絡(luò)，按照WMO有關(guān)規(guī)范制作和提供天氣、氣候、水和環(huán)境相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)。GDPFS采用世界氣象中心、區(qū)域?qū)I(yè)氣象中心和國(guó)家氣象中心三層級(jí)聯(lián)業(yè)務(wù)體系。世界氣象中心主要通過(guò)其發(fā)展的全球數(shù)值預(yù)報(bào)模式（以及全球集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)），向WMO各會(huì)員，特別是欠發(fā)達(dá)國(guó)家會(huì)員提供無(wú)縫隙的分析和預(yù)報(bào)產(chǎn)品，以支持他們開(kāi)展高影響天氣早期預(yù)警[2]。

21世紀(jì)以來(lái)，人工智能、云計(jì)算、新型觀測(cè)等新一輪科技的迅猛發(fā)展為傳統(tǒng)氣象信息的收集、制作和分發(fā)帶來(lái)了新的機(jī)遇[3]。全球氣候變化背景下社會(huì)各領(lǐng)域?qū)庀箢A(yù)報(bào)信息的要求更多更高，未來(lái)需要采用綜合地球系統(tǒng)的方法[4]，并朝著基于影響的預(yù)報(bào)和基于風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警方向發(fā)展[5]。另一方面，過(guò)去幾十年WMO通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則、規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了免費(fèi)的國(guó)際數(shù)據(jù)共享，成為了全球性組織和國(guó)際合作的典范。為了更好地應(yīng)對(duì)新時(shí)期數(shù)據(jù)交換需求的激增和促進(jìn)國(guó)際社會(huì)加強(qiáng)合作，WMO修訂了地球系統(tǒng)框架下的統(tǒng)一數(shù)據(jù)政策，將對(duì)世界氣象中心的相關(guān)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響[6]。本文將介紹無(wú)縫隙地球系統(tǒng)背景下世界氣象中心的現(xiàn)狀，新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合美歐國(guó)家和地區(qū)業(yè)務(wù)中心對(duì)世界氣象中心的發(fā)展進(jìn)行展望。

1 世界氣象中心發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 世界氣象中心概況

WMO框架下的GDPFS由世界氣象中心（World Meteorological Centre，WMC）、區(qū)域?qū)I(yè)氣象中心（Regional Specialized Meteorological Centre，RSMC）和國(guó)家氣象中心（National Meteorological Centre，NMC）三層業(yè)務(wù)中心組成，分別在全球、區(qū)域和國(guó)家層面履行GDPFS的職能，向WMO會(huì)員及相關(guān)機(jī)構(gòu)提供天氣、水、氣候、環(huán)境等分析和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)產(chǎn)品。WMO發(fā)布的《全球數(shù)據(jù)處理和預(yù)報(bào)系統(tǒng)手冊(cè)》（WMONo.485）（以下簡(jiǎn)稱GDPFS手冊(cè)）是各個(gè)GDPFS中心運(yùn)行資料處理和預(yù)報(bào)系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)則的唯一來(lái)源[7]，目的是確保各個(gè)中心業(yè)務(wù)運(yùn)行采用的資料、信息及制作規(guī)范、規(guī)程和規(guī)格具備足夠的統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)化。

GDPFS手冊(cè)規(guī)定，WMC須至少開(kāi)展全球確定性數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、全球集合數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和全球長(zhǎng)期數(shù)值預(yù)報(bào)這三項(xiàng)業(yè)務(wù)。截至2021年12月，WMO認(rèn)定的WMC有10個(gè)（表1）。美國(guó)、俄羅斯、澳大利亞是在1967年WMO第五次世界氣象大會(huì)被認(rèn)定為WMC的，中國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、加拿大、日本和ECMWF是在2017年WMO執(zhí)行理事會(huì)第69次屆會(huì)上被認(rèn)定為WMC的，而法國(guó)是在2021年WMO執(zhí)行理事會(huì)第73次屆會(huì)上被認(rèn)定為WMC的。不難看出，由于發(fā)展全球數(shù)值模式需要很高的計(jì)算機(jī)投資成本、業(yè)務(wù)運(yùn)行和維護(hù)成本以及科研開(kāi)發(fā)的大量投入，因此WMC絕大部分集中在發(fā)達(dá)國(guó)家。

表1 WMO認(rèn)定的世界氣象中心及其區(qū)域?qū)I(yè)氣象中心Table 1 WMO designated WMCs and corresponding RSMCs

承擔(dān)WMC職責(zé)的國(guó)家氣象水文部門也存在著同時(shí)承擔(dān)WMO區(qū)域?qū)I(yè)氣象中心的情況，如表1所示。目前被WMO認(rèn)定為至少三個(gè)RSMC的WMC有8個(gè)，其中，東京被認(rèn)定的RSMC最多（7個(gè)）。北京被認(rèn)定的RSMC有4個(gè)，包括核環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)、沙塵暴預(yù)報(bào)、海洋氣象服務(wù)和區(qū)域氣候中心。一些RSMC除了提供實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)產(chǎn)品以外還負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)相關(guān)中心的非實(shí)時(shí)活動(dòng)，稱為牽頭中心。牽頭中心的職責(zé)包括負(fù)責(zé)對(duì)其他中心提交的業(yè)務(wù)數(shù)值模式結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證或檢驗(yàn)。例如，ECMWF承擔(dān)了確定性數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）檢驗(yàn)牽頭中心和海浪預(yù)報(bào)檢驗(yàn)牽頭中心的職責(zé)，負(fù)責(zé)匯集和發(fā)布各中心提交的檢驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)提供必要的指導(dǎo)。日本氣象廳是全球集合預(yù)報(bào)模式檢驗(yàn)的牽頭中心。

1.2 世界氣象中心產(chǎn)品平臺(tái)

根據(jù)GDPFS手冊(cè)（2019版），世界氣象中心須按照要求向WIS提供清單中規(guī)定的全球確定性NWP產(chǎn)品（預(yù)報(bào)時(shí)效至少達(dá)6 d）、全球集合數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品（預(yù)報(bào)時(shí)效達(dá)10 d）和全球長(zhǎng)期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品（預(yù)報(bào)時(shí)效至少達(dá)4個(gè)月），同時(shí)在網(wǎng)站上發(fā)布相關(guān)業(yè)務(wù)模式系統(tǒng)的說(shuō)明文檔及通過(guò)WIS提供的產(chǎn)品列表，并保持更新[7]。

各個(gè)WMC主要通過(guò)WIS的全球信息系統(tǒng)中心（GISC）提供相關(guān)產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)，讓W(xué)MO各會(huì)員能夠發(fā)現(xiàn)、檢索和獲取所需的產(chǎn)品。此外，中國(guó)、德國(guó)等WMC建立了專門的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或子網(wǎng)頁(yè)來(lái)發(fā)布相關(guān)產(chǎn)品。例如，中國(guó)氣象局在2018年建立了世界氣象中心（北京）網(wǎng)站（http://www.wmc-bj.net），實(shí)時(shí)發(fā)布CMA-GFS全球確定性數(shù)值模式產(chǎn)品、CMA-GEPS全球集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)品和CMA-CPS全球氣候模式產(chǎn)品，以及風(fēng)云氣象衛(wèi)星觀測(cè)產(chǎn)品和氣候指數(shù)等產(chǎn)品，網(wǎng)站的用戶訪問(wèn)量不斷增加，2021年網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)次數(shù)已達(dá)近30萬(wàn)。德國(guó)氣象局在其官網(wǎng)上建立了世界氣象中心子欄目，實(shí)時(shí)發(fā)布ICON全球確定性數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和全球集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)圖形產(chǎn)品，最長(zhǎng)時(shí)效達(dá)7.5 d。ECMWF等其他世界氣象中心也通過(guò)各自網(wǎng)站提供全球或區(qū)域范圍的數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品。

GDPFS建立的目的之一是促進(jìn)合作和信息交換，從而有助于發(fā)展中國(guó)家氣象水文部門的能力提升。WMO自2006年啟動(dòng)了“災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)示范計(jì)劃”（SWFDP），包括中國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家的WMC參與了SWFDP的亞洲、非洲等各個(gè)區(qū)域子計(jì)劃，通過(guò)建立的網(wǎng)站平臺(tái)提供全球NWP產(chǎn)品和集合預(yù)報(bào)（包含基于站點(diǎn)的）產(chǎn)品，并開(kāi)展相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，為提升發(fā)展中國(guó)家災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警能力，減少災(zāi)害和損失作出了積極貢獻(xiàn)[2]。

2 無(wú)縫隙地球系統(tǒng)理念及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

WMO認(rèn)定的WMC代表著當(dāng)前國(guó)際氣象業(yè)務(wù)的先進(jìn)水平，在數(shù)值天氣氣候預(yù)報(bào)及應(yīng)用等領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)步，并建立了相關(guān)的數(shù)據(jù)共享框架，促進(jìn)WMO各個(gè)會(huì)員都能受益于這些進(jìn)步。隨著科學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷深化，氣象研究已越來(lái)越傾向于將地球系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)考慮。2015年，WMO第十七次世界氣象大會(huì)提出了“綜合無(wú)縫隙GDPFS”的發(fā)展方向，即構(gòu)建從分鐘到年代際，從局地到全球的全覆蓋、無(wú)縫隙全球數(shù)據(jù)處理和預(yù)報(bào)系統(tǒng)。無(wú)縫隙預(yù)報(bào)理念、AI、云計(jì)算等新技術(shù)以及WMO地球系統(tǒng)框架下的統(tǒng)一數(shù)據(jù)政策將推動(dòng)與影響未來(lái)WMC的業(yè)務(wù)發(fā)展。

2.1 無(wú)縫隙預(yù)報(bào)

2014年舉辦的首次世界天氣開(kāi)放科學(xué)大會(huì)以及2017年出版的“地球系統(tǒng)科學(xué)前沿”白皮書(shū)等將無(wú)縫隙預(yù)報(bào)作為未來(lái)幾十年科學(xué)界指導(dǎo)方針的重要指標(biāo)，提出從分鐘級(jí)到世紀(jì)尺度、從米到全球空間尺度的預(yù)報(bào)發(fā)展趨勢(shì)[8-9]。短時(shí)臨近和延伸期時(shí)效是目前預(yù)報(bào)中備受關(guān)注的“縫隙”，也是預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。德國(guó)氣象局從2017年起啟動(dòng)了無(wú)縫隙綜合預(yù)報(bào)系統(tǒng)（SINFONY）項(xiàng)目[10]，主要利用雷達(dá)、衛(wèi)星資料和集合預(yù)報(bào)模式將臨近預(yù)報(bào)與短期預(yù)報(bào)進(jìn)行融合，旨在改善0～12 h時(shí)效的強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)。

傳統(tǒng)逐日至周尺度上的天氣預(yù)報(bào)多依賴于高分辨率大氣數(shù)值模式，而月至季節(jié)尺度上的氣候模擬和預(yù)測(cè)考慮了?！憽?dú)怦詈线^(guò)程，但模式分辨率低于天氣預(yù)報(bào)模式。無(wú)縫隙天氣氣候一體化模式是當(dāng)前國(guó)際研究的前沿，目前有個(gè)別業(yè)務(wù)中心能夠運(yùn)行無(wú)縫隙的數(shù)值模式，如英國(guó)氣象局基于相同的模式框架構(gòu)建了無(wú)縫隙預(yù)報(bào)體系，即統(tǒng)一模式（UM），包含1.5 km的區(qū)域?qū)α鞒叨饶Ｊ?，幾十公里的氣候模式及上百公里的地球系統(tǒng)模式[11]。

在次季節(jié)至季節(jié)（S2S）尺度上，WMO發(fā)起的S2S預(yù)測(cè)計(jì)劃[12]匯集了來(lái)自全球11個(gè)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中心制作的次季節(jié)預(yù)報(bào)產(chǎn)品（預(yù)報(bào)時(shí)效長(zhǎng)達(dá)60 d），包括近實(shí)時(shí)集合預(yù)報(bào)和集合再預(yù)報(bào)，旨在重點(diǎn)改進(jìn)兩周以上異常天氣事件的預(yù)報(bào)能力。

面對(duì)不同尺度多模式的海量信息，很多業(yè)務(wù)中心通過(guò)發(fā)展模式后處理技術(shù)來(lái)降低模式的偏差，從而得到協(xié)調(diào)一致的預(yù)報(bào)結(jié)果。例如，英國(guó)氣象局融合多模式信息發(fā)展了綜合模式后處理和檢驗(yàn)系統(tǒng)（IMPROVER）[13]，提供無(wú)縫隙格點(diǎn)化概率預(yù)報(bào)產(chǎn)品。我國(guó)近些年利用多源觀測(cè)、模式數(shù)據(jù)及新技術(shù)、新方法，初步建立了針對(duì)不同預(yù)報(bào)時(shí)效的無(wú)縫隙精細(xì)化網(wǎng)格預(yù)報(bào)技術(shù)，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度和精細(xì)度[14]。

2.2 人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)

以機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能（AI）技術(shù)近些年已經(jīng)開(kāi)始在氣象觀測(cè)、預(yù)報(bào)、服務(wù)等各個(gè)方面發(fā)揮作用[15]。WMO研究理事會(huì)在2020年設(shè)立了百萬(wàn)兆級(jí)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和AI任務(wù)組，并開(kāi)展概念指南的編寫(xiě)，將在AI相關(guān)領(lǐng)域通過(guò)國(guó)際協(xié)調(diào)來(lái)促進(jìn)提升地球系統(tǒng)預(yù)報(bào)能力。WMO還加入了國(guó)際電信聯(lián)盟“自然災(zāi)害管理AI焦點(diǎn)組”，將提煉最佳實(shí)踐，為自然災(zāi)害管理的AI國(guó)際行動(dòng)制定路線圖。英國(guó)氣象局在其《數(shù)據(jù)科學(xué)框架（2022—2027）》明確提出了將機(jī)器學(xué)習(xí)和AI融入到天氣氣候科學(xué)和服務(wù)中。

傳統(tǒng)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)過(guò)程主要涉及初值生成（觀測(cè)資料預(yù)處理、資料同化）、模式積分（后處理）、產(chǎn)品應(yīng)用和高性能計(jì)算，AI技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)優(yōu)化和改善數(shù)值預(yù)報(bào)的性能[16]。從不同時(shí)間尺度預(yù)報(bào)上來(lái)看，目前AI技術(shù)主要在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)、季節(jié)預(yù)報(bào)方面較傳統(tǒng)方法體現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)?；诶走_(dá)、衛(wèi)星等觀測(cè)資料，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為代表的深度學(xué)習(xí)方法已經(jīng)成為短時(shí)臨近強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的有效途徑[17]。此外，物聯(lián)網(wǎng)及新興觀測(cè)數(shù)據(jù)也為發(fā)展基于AI的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)提供了更多可能性。在季節(jié)尺度上，很多學(xué)者采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法開(kāi)展了對(duì)重要信號(hào)（例如ENSO）的預(yù)報(bào)，取得了較好的效果[18]。也有學(xué)者采用純數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的AI技術(shù)發(fā)展了次季節(jié)至季節(jié)尺度的預(yù)報(bào)模型，能夠在3分鐘內(nèi)生成預(yù)報(bào)時(shí)效長(zhǎng)達(dá)6周的320個(gè)成員的預(yù)報(bào)，對(duì)4周以上的溫度預(yù)報(bào)效果較好，并且計(jì)算效率較數(shù)值預(yù)報(bào)模式顯著提升[19]。對(duì)于中期時(shí)效的預(yù)報(bào)，當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)方法還無(wú)法取代數(shù)值預(yù)報(bào)模式，其中最重要的一個(gè)原因是缺乏高質(zhì)量的訓(xùn)練樣本，尤其對(duì)于極端天氣事件，其對(duì)訓(xùn)練樣本的要求更高。因此，如何將數(shù)值模式和AI技術(shù)相融合，構(gòu)建無(wú)縫隙的高分辨率天氣氣候模型將是未來(lái)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)以及研究需要考慮的重要方向。

2.3 云計(jì)算

近年來(lái)逐步成熟的云計(jì)算技術(shù)由于其彈性計(jì)算、虛擬化、分布式存儲(chǔ)等特性可以為氣象大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和服務(wù)提供支撐。通過(guò)研發(fā)用戶友好的工具，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)一步集成到用戶的業(yè)務(wù)流程中。利用云資源，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高交互操作（如數(shù)據(jù)裁剪和轉(zhuǎn)換），使得訪問(wèn)和應(yīng)用預(yù)報(bào)信息及產(chǎn)品更加便捷。

WMO的WIS 2.0雖然不會(huì)強(qiáng)制使用云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)，但鼓勵(lì)WIS中心逐步采用云技術(shù)，以提供最有效的解決方案。目前，國(guó)家氣象部門等公共部門考慮到數(shù)據(jù)的可靠性、安全性以及高性能計(jì)算機(jī)的前期投資，尚未大規(guī)模將數(shù)值模式部署到云上運(yùn)行。德國(guó)氣象局利用試點(diǎn)項(xiàng)目嘗試在商業(yè)云上運(yùn)行針對(duì)中亞地區(qū)的ICON區(qū)域數(shù)值模式，并開(kāi)展計(jì)算測(cè)試和成本評(píng)估。作為學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)，美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）已將其全球應(yīng)用范圍最廣的中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式（WRF）搭建到云環(huán)境[20]，并提供在云環(huán)境運(yùn)行WRF的文檔和教程。相關(guān)私營(yíng)部門對(duì)待云計(jì)算則更為開(kāi)放和積極，亞馬遜、微軟和谷歌等云服務(wù)提供商（CSP）發(fā)展了各種商業(yè)云服務(wù)和開(kāi)源平臺(tái)，利用云計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)等研發(fā)精細(xì)化的預(yù)報(bào)服務(wù)。對(duì)于用戶而言，云計(jì)算和傳統(tǒng)計(jì)算孰優(yōu)孰劣并沒(méi)有統(tǒng)一的答案，這取決于用戶的需求、資源等具體情況。

2.4 WMO全球數(shù)據(jù)交換政策進(jìn)展

2021年10月，WMO世界氣象大會(huì)特別屆會(huì)批準(zhǔn)了“地球系統(tǒng)數(shù)據(jù)國(guó)際交換的統(tǒng)一政策”這一具有里程碑意義的決議，將以往天氣、氣候、水等單獨(dú)的資料交換政策轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的政策。該決議將資料劃分為“核心數(shù)據(jù)”和“推薦數(shù)據(jù)”兩類，包含天氣、氣候、水文、大氣成分、冰凍圈、海洋、空間天氣等七個(gè)領(lǐng)域，將有利于在地球系統(tǒng)框架下提供統(tǒng)一的解決方案，也有利于加強(qiáng)各國(guó)公共、私營(yíng)和學(xué)術(shù)部門的合作。值得指出的是，該政策也提出除了各會(huì)員提交核心觀測(cè)數(shù)據(jù)以外，發(fā)達(dá)國(guó)家會(huì)員也須將利用數(shù)據(jù)加工而成的高質(zhì)量產(chǎn)品（數(shù)值模式預(yù)報(bào)等）免費(fèi)和無(wú)限制地反饋給其他會(huì)員，形成互利互惠的資料交換格局。在此背景下，未來(lái)包括WMC在內(nèi)的GDPFS業(yè)務(wù)職責(zé)將可能隨著地球系統(tǒng)數(shù)據(jù)政策的實(shí)施和相關(guān)技術(shù)規(guī)則的更新而調(diào)整和擴(kuò)充。

3 世界氣象中心發(fā)展趨勢(shì)

2019年3月，WMO在北京召開(kāi)了首屆“世界氣象中心研討會(huì)”，會(huì)議取得了六個(gè)方面的成果，并提出了未來(lái)無(wú)縫隙GDPFS的行動(dòng)領(lǐng)域和優(yōu)先重點(diǎn)，包括系統(tǒng)和服務(wù)、研究和創(chuàng)新、資料可及性和平臺(tái)[21]。針對(duì)未來(lái)發(fā)展，各WMC也根據(jù)戰(zhàn)略目標(biāo)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)制定了各自的發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃，下面將以歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）、美國(guó)和中國(guó)的WMC為例分別進(jìn)行介紹。

3.1 歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心

ECMWF在其《歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心戰(zhàn)略（2021—2030）》（以下簡(jiǎn)稱戰(zhàn)略）[22]中提出了三大支柱，包括科學(xué)技術(shù)（世界領(lǐng)先的天氣和地球系統(tǒng)科學(xué)、前沿技術(shù)和計(jì)算科學(xué)）、影響（提供適合需求的高質(zhì)量產(chǎn)品，方便用戶高效便捷地獲?。?、組織和人才（實(shí)施多站點(diǎn)有效組織，聚焦人才）。

在科技方面，ECMWF將進(jìn)一步發(fā)展對(duì)流可分辨尺度（3～4 km）的集合預(yù)報(bào)，并探索地球系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的集合變分同化方法，重點(diǎn)提升兩周以上延伸期時(shí)段的預(yù)報(bào)能力。同時(shí)，戰(zhàn)略中還提出要應(yīng)用先進(jìn)的高性能計(jì)算、AI和機(jī)器學(xué)習(xí)以及天氣云發(fā)展一個(gè)高精度的地球數(shù)字模型，即“數(shù)字孿生地球”，以監(jiān)測(cè)和模擬人類活動(dòng)和極端天氣氣候事件。

ECMWF還重視加強(qiáng)與其他組織的合作，例如，ECMWF和歐洲氣象衛(wèi)星開(kāi)發(fā)組織（EUMETSAT）合作開(kāi)發(fā)的“歐洲天氣云”正處于試驗(yàn)階段，目的是促進(jìn)各成員、機(jī)構(gòu)和氣象數(shù)據(jù)用戶之間以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的新型合作。ECMWF還參與了歐盟的哥白尼計(jì)劃，加強(qiáng)氣候變化和空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等。此外，ECMWF近年來(lái)加快了數(shù)據(jù)開(kāi)放政策的步伐，從2020年10月起將其實(shí)時(shí)全球模式預(yù)報(bào)圖形產(chǎn)品通過(guò)其網(wǎng)站向公眾免費(fèi)開(kāi)放，以更好地為用戶提供服務(wù)。

3.2 美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局

為了加強(qiáng)氣象服務(wù)的協(xié)調(diào)與合作，確保美國(guó)通過(guò)地球系統(tǒng)方法引領(lǐng)氣象服務(wù)，2020年美國(guó)成立了推進(jìn)氣象服務(wù)機(jī)構(gòu)間委員會(huì)（ICAMS）[23]。這是近幾十年聯(lián)邦機(jī)構(gòu)間協(xié)調(diào)工作的一次重要重組，該委員會(huì)由美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）局長(zhǎng)與白宮科學(xué)和技術(shù)政策辦公室（OSTP）主任共同擔(dān)任聯(lián)合主席，其職責(zé)范圍超越了狹義上的天氣范圍，而是包含地球系統(tǒng)背景下所有涉及陸地、海洋、大氣的服務(wù)。

面對(duì)過(guò)去美國(guó)國(guó)內(nèi)數(shù)值預(yù)報(bào)發(fā)展不集約、不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，2020年NOAA成立了地球創(chuàng)新預(yù)測(cè)中心（EPIC）[24]，旨在聯(lián)合政府、科研部門及企業(yè)共同研發(fā)一個(gè)用戶友好和可訪問(wèn)的數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)模式，將采用“開(kāi)放式創(chuàng)新”模式重點(diǎn)推進(jìn)統(tǒng)一預(yù)報(bào)系統(tǒng)（UFS）的研發(fā)。UFS是一個(gè)基于社區(qū)的、耦合的綜合地球模擬系統(tǒng)，涵蓋從局地到全球，從小時(shí)到季節(jié)尺度的預(yù)測(cè)，并將主要依靠云計(jì)算方式為開(kāi)發(fā)人員和用戶提升訪問(wèn)數(shù)據(jù)和資源的便捷性。

3.3 世界氣象中心（北京）

中國(guó)氣象局自2017年被WMO認(rèn)定為世界氣象中心以來(lái)，重點(diǎn)結(jié)合“全球監(jiān)測(cè)、全球預(yù)報(bào)、全球服務(wù)”的戰(zhàn)略，采用“小實(shí)體、大網(wǎng)絡(luò)”的方式由國(guó)家氣象中心牽頭各業(yè)務(wù)單位聯(lián)合履行世界氣象中心（北京）職責(zé)。除了做好WMO規(guī)定業(yè)務(wù)以外，世界氣象中心（北京）還建成了自主可控的全球數(shù)值預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)產(chǎn)品、風(fēng)云衛(wèi)星全球監(jiān)測(cè)產(chǎn)品以及中國(guó)全球大氣和陸面再分析（CRA）產(chǎn)品的業(yè)務(wù)體系，通過(guò)世界氣象中心（北京）門戶網(wǎng)站和GISC北京對(duì)外共享。同時(shí)，還開(kāi)辟了多個(gè)欄目及時(shí)發(fā)布權(quán)威技術(shù)進(jìn)展報(bào)告以及全球重大（熱點(diǎn)）天氣的業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)英文簡(jiǎn)報(bào)。

世界氣象中心（北京）統(tǒng)籌協(xié)調(diào)GDPFS框架下中國(guó)承擔(dān)的海洋、沙塵、氣候、核應(yīng)急等相關(guān)RSMC以及WIS、WIGOS區(qū)域中心，聯(lián)合各中心及專家深度參與國(guó)際氣象治理。此外，世界氣象中心（北京）還積極開(kāi)展國(guó)際天氣會(huì)商和技術(shù)培訓(xùn)，為“一帶一路”沿線重點(diǎn)國(guó)家氣象部門開(kāi)通專門通道，支持欠發(fā)達(dá)國(guó)家會(huì)員能力發(fā)展和國(guó)際防災(zāi)減災(zāi)。在模式檢驗(yàn)方面，世界氣象中心（北京）除了開(kāi)展規(guī)定的全球確定性和全球集合模式的檢驗(yàn)之外，還開(kāi)展了區(qū)域高分辨率數(shù)值模式的檢驗(yàn)。

2021年，中國(guó)氣象局成立了“中國(guó)氣象局地球數(shù)值預(yù)報(bào)中心”，聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)，發(fā)展我國(guó)自主可控的地球系統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)模式。2022年發(fā)布的《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要（2022—2035年）》中明確提出了“到2035年，氣象關(guān)鍵科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，氣象監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和服務(wù)水平全球領(lǐng)先，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和影響力顯著提升”等遠(yuǎn)景目標(biāo)。

4 存在問(wèn)題

當(dāng)前被WMO正式認(rèn)定的世界氣象中心已經(jīng)有10個(gè)，意味著已經(jīng)有10個(gè)全球業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式并提供業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品。從地理分布上看，歐洲、美洲、亞洲、大洋洲的世界氣象中心分別有5個(gè)、2個(gè)、2個(gè)和1個(gè)，北半球占了9個(gè)，歐洲占了半數(shù)。因此，從全球業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式的發(fā)展上看，存在著明顯區(qū)域不平衡的問(wèn)題。隨著未來(lái)向計(jì)算效率更快、分辨率更高的全球集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)發(fā)展，目前多中心的確定性全球模式將如何發(fā)揮作用，是否還需要更多的全球業(yè)務(wù)中心等都尚待討論[25]。其次，面對(duì)日益增加的全球極端天氣氣候事件及防災(zāi)減災(zāi)需求，世界氣象中心的功能還有待進(jìn)一步發(fā)揮。據(jù)估計(jì)，到2030年全球業(yè)務(wù)中心每天產(chǎn)生的分析和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的量級(jí)將達(dá)到PB級(jí)，然而現(xiàn)階段這些中心可供用戶使用或再處理的數(shù)據(jù)或產(chǎn)品還比較有限。由于互聯(lián)網(wǎng)帶寬以及海量數(shù)據(jù)本身的復(fù)雜性，國(guó)際用戶特別是欠發(fā)達(dá)地區(qū)下載和應(yīng)用這些數(shù)據(jù)還存在諸多不便。最后，在地球系統(tǒng)框架下，全球水文、海洋、冰凍圈和其他環(huán)境數(shù)據(jù)的交換相比于傳統(tǒng)氣象數(shù)據(jù)的交換會(huì)面臨更復(fù)雜的挑戰(zhàn)。對(duì)于世界氣象中心（北京）而言，未來(lái)如何在無(wú)縫隙地球系統(tǒng)理念下更好地提升能力、發(fā)揮作用和提升國(guó)際影響力還存在著很多的挑戰(zhàn)。一方面需要進(jìn)一步提升自主核心業(yè)務(wù)能力，加強(qiáng)地球系統(tǒng)模式和無(wú)縫隙預(yù)報(bào)技術(shù)研發(fā)，加快與AI、云計(jì)算等新技術(shù)融合；另一方面需要積極適應(yīng)WMO新數(shù)據(jù)政策，發(fā)展高質(zhì)量高分辨率的全球數(shù)值模式產(chǎn)品及高交互便捷的訪問(wèn)途徑，同時(shí)還要拓展國(guó)際合作交流，借鑒世界先進(jìn)中心經(jīng)驗(yàn)，積極牽頭國(guó)際試點(diǎn)計(jì)劃，發(fā)展更廣泛的國(guó)際用戶。

5 結(jié)論和討論

本文主要介紹了WMO框架下世界氣象中心的現(xiàn)狀，重點(diǎn)圍繞無(wú)縫隙地球系統(tǒng)理念梳理了相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和WMO數(shù)據(jù)交換政策的進(jìn)展?？梢钥闯?，作為GDPDS三級(jí)體系中的頂層業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)，世界氣象中心通過(guò)發(fā)展先進(jìn)的全球數(shù)值預(yù)報(bào)模式，制作全球監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)產(chǎn)品并向WMO各會(huì)員共享信息，為全球防災(zāi)減災(zāi)和可持續(xù)發(fā)展作出了突出的貢獻(xiàn)。

當(dāng)前國(guó)際氣象界已越來(lái)越認(rèn)識(shí)到，需要通過(guò)綜合無(wú)縫隙的地球系統(tǒng)方法，來(lái)認(rèn)識(shí)并改進(jìn)各個(gè)時(shí)間尺度和連續(xù)空間尺度上的陸地、海洋、海冰以及極端天氣的預(yù)測(cè)，而建立地球系統(tǒng)無(wú)縫隙預(yù)報(bào)需要跨學(xué)科和跨部門的合作和協(xié)調(diào)才能成功。為了迎接時(shí)代發(fā)展帶來(lái)的挑戰(zhàn)，世界氣象中心需要向著更加高效和更具適應(yīng)性的方向發(fā)展：一方面通過(guò)加強(qiáng)與科研部門、私營(yíng)部門的合作，充分發(fā)揮機(jī)器學(xué)習(xí)等AI技術(shù)在不同時(shí)空尺度預(yù)報(bào)中的優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)籌集約地構(gòu)建天氣氣候一體化的數(shù)值預(yù)報(bào)模式，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)全球產(chǎn)品的本地化釋用，借助云計(jì)算等平臺(tái)提高產(chǎn)品的可及性和適用性。另一方面，針對(duì)WMO新的全球數(shù)據(jù)交換政策，世界氣象中心需要建立與國(guó)家氣象水文部門的互惠合作機(jī)制，開(kāi)展極端或高影響天氣氣候事件的快速響應(yīng)服務(wù)，助力發(fā)展中國(guó)家提升早期預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)能力，促進(jìn)這些國(guó)家更積極地開(kāi)展互動(dòng)反饋，為全球觀測(cè)數(shù)據(jù)共享作出貢獻(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)互利共贏的新發(fā)展格局。