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“ 一直被追赶，从未被超越 (Always followed, never surpassed) ” 奔驰汽车这句著名的广告用语，如果是要用到国际气象界，那么迄今为止只有一个地方当之无愧， 那就是欧洲中期天气预报中心（ECMWF）。 欧洲中期天气预报中心（ECMWF） 总部设在英国著名的气象小镇Reading 2018年1月26日，欧洲中心举办了庆祝“四维变分”上线二十周年的论坛。数值天气预报是一个初值问题，数值模式计算出大气运动“初值”的过程叫做“资料同化”，四维变分则是目前世界上最为领先的资料同化技术。1997年11月25日，欧洲中心四维变分业务正式上线，距其上一个版本——三维变分的业务化运行还不足两年。 四维变分的原理示意图 把能够反映大气真实状况的观测信息 整合到数值模式对大气现象的模拟中 并保留其原来的三维空间+一维时间的各种特征 欧洲中心建于1975年，与英国气象局及里丁大学毗邻。是一个由欧洲34国联合支持的政府间组织，其任务是为会员国提供两天以上，数周以内，覆盖全球的数值天气预报。 可提供交互操作的大屏幕 能够帮助气象学家更好地分析数据 （ECMWF interactive weather wall） 几十年来，欧洲中心的数值预报水平稳步提高并傲视全球。在欧洲地区，千禧年以来的强风暴事件几乎未见漏报错报，甚至在北美近年来造成重大灾害的飓风预报中也完胜美加等国，对于东亚的预报也成为了中国官方天气预报的重要参考。 最常引用的表现数值预报水平的统计图 3天全球大气运动形势场预报的准确率已接近100% 预报可用时效不断增强 南北半球预报水平不断接近 欧洲中心在数值天气预报上的巨大成功与其在90年代就率先建立了四维变分同化系统密切相关。四维同化系统是欧洲中心历史上耗费最时间最长、调用人力最多、投资最大的科研项目，是一项依托多国开放合作、优质学术资源共享、大胆决策的系统工程。 上世纪90年代掌管欧洲中心的英国气象学家David Martin Burridge首先，四维变分是为了解决八十年代中期数值模式应用卫星资料的瓶颈。一次偶然的机会，欧洲中心的几位年轻气象学者了解到了当时应用数学中较为先进的变分方法及其共轭方程，并凭借科学家的直觉意识到这种方法有可能就是要寻找的突破口。 数值预报中应用到的观测数据种类繁多 但数据量最大的是气象卫星观测数据 大致占所有同化数据量的90% 随后，各国气象学家利用欧洲中心这个平台按图索骥，进行了初步理论推演和业务试验，首次成功实现了卫星等各种观测资料在模式方程中的反演，于是大胆推断，基于变分法和共轭方程的四维同化将有望根本解决气象资料的同化问题，大大提高预报能力。 欧洲中心学术报告厅 全球顶级气象科学家的梦想舞台 然而，在当时很多国家都选择其它技术路线的背景下，选择四维变分作为业务发展方向是要承担相当大的决策风险的，科学家们成功说服了欧洲中心的领导层，这项长达十年的艰巨研究任务最终得以持续推进。 欧洲中心天气会商室 （成功预测了色彩权威机构PANTONE公布的 2018年度代表色：紫外光 >.<） 历史证明，欧洲中心选择了一条最为优化的路径，实现了跨越式的进步，把美国等模式甩出去了几条街。这个进步同时也带来了丰厚的经济回报，包括中国在内的许多国家都在政府层面常年持续大量购买欧洲中心的数值预报产品，更不用说对准确的全球天气预报有迫切需求的能源、金融、交通、农业等重大支柱产业了。 地面气压场及850hpa温度场叠加图 来自欧洲中心的数据及绘图软件Magics 可以在线自动生成程序脚本 为地球科学研究者提供了极大方便 在欧洲各国政府拨款，会员国气象局共同管理运行的体制下，欧洲中心将科学技术迅速转化为生产力，强大的盈利能力也是其能在长达二十年的时间里，持续推进和大规模投入资金的重要保障，从而反哺科学研究工作不断深入开展。 欧洲中心的组织架构图 反映了“教授治校”的学术理念 以及现代公司化运作的商业手法 可以说，四维变分二十年，既是科学的胜利，也是体制的胜利，欧洲中心有效整合了政府、高校、跨国组织的优势力量，实现了科技进步+商业回报+学术声望的三重丰收。 据不完全统计，中国政府和企业每年从欧洲中心购买气象数据的费用高达上亿元。虽然高质量的气象数据研发周期长、风险高、成本高，但考虑其高附加值及低边际成本，仍然具有非常大的市场想象空间。 资料来源：ECMWF官方网站 |
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