“ 一直被追趕，從未被超越  (Always followed,  never surpassed) ” 奔馳汽車(chē)這句著名的廣告用語(yǔ)，如果是要用到國(guó)際氣象界，那么迄今為止只有一個(gè)地方當(dāng)之無(wú)愧， 那就是歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）。

歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）

總部設(shè)在英國(guó)著名的氣象小鎮(zhèn)Reading

2018年1月26日，歐洲中心舉辦了慶祝“四維變分”上線二十周年的論壇。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是一個(gè)初值問(wèn)題，數(shù)值模式計(jì)算出大氣運(yùn)動(dòng)“初值”的過(guò)程叫做“資料同化”，四維變分則是目前世界上最為領(lǐng)先的資料同化技術(shù)。1997年11月25日，歐洲中心四維變分業(yè)務(wù)正式上線，距其上一個(gè)版本——三維變分的業(yè)務(wù)化運(yùn)行還不足兩年。

四維變分的原理示意圖

把能夠反映大氣真實(shí)狀況的觀測(cè)信息

整合到數(shù)值模式對(duì)大氣現(xiàn)象的模擬中

并保留其原來(lái)的三維空間+一維時(shí)間的各種特征

歐洲中心建于1975年，與英國(guó)氣象局及里丁大學(xué)毗鄰。是一個(gè)由歐洲34國(guó)聯(lián)合支持的政府間組織，其任務(wù)是為會(huì)員國(guó)提供兩天以上，數(shù)周以?xún)?nèi)，覆蓋全球的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。

可提供交互操作的大屏幕

能夠幫助氣象學(xué)家更好地分析數(shù)據(jù)

（ECMWF interactive weather wall）

幾十年來(lái)，歐洲中心的數(shù)值預(yù)報(bào)水平穩(wěn)步提高并傲視全球。在歐洲地區(qū)，千禧年以來(lái)的強(qiáng)風(fēng)暴事件幾乎未見(jiàn)漏報(bào)錯(cuò)報(bào)，甚至在北美近年來(lái)造成重大災(zāi)害的颶風(fēng)預(yù)報(bào)中也完勝美加等國(guó)，對(duì)于東亞的預(yù)報(bào)也成為了中國(guó)官方天氣預(yù)報(bào)的重要參考。

最常引用的表現(xiàn)數(shù)值預(yù)報(bào)水平的統(tǒng)計(jì)圖

3天全球大氣運(yùn)動(dòng)形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率已接近100%

預(yù)報(bào)可用時(shí)效不斷增強(qiáng)

南北半球預(yù)報(bào)水平不斷接近

歐洲中心在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)上的巨大成功與其在90年代就率先建立了四維變分同化系統(tǒng)密切相關(guān)。四維同化系統(tǒng)是歐洲中心歷史上耗費(fèi)最時(shí)間最長(zhǎng)、調(diào)用人力最多、投資最大的科研項(xiàng)目，是一項(xiàng)依托多國(guó)開(kāi)放合作、優(yōu)質(zhì)學(xué)術(shù)資源共享、大膽決策的系統(tǒng)工程。

上世紀(jì)90年代掌管歐洲中心的英國(guó)氣象學(xué)家

David Martin Burridge

首先，四維變分是為了解決八十年代中期數(shù)值模式應(yīng)用衛(wèi)星資料的瓶頸。一次偶然的機(jī)會(huì)，歐洲中心的幾位年輕氣象學(xué)者了解到了當(dāng)時(shí)應(yīng)用數(shù)學(xué)中較為先進(jìn)的變分方法及其共軛方程，并憑借科學(xué)家的直覺(jué)意識(shí)到這種方法有可能就是要尋找的突破口。

數(shù)值預(yù)報(bào)中應(yīng)用到的觀測(cè)數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多

但數(shù)據(jù)量最大的是氣象衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)

大致占所有同化數(shù)據(jù)量的90%

隨后，各國(guó)氣象學(xué)家利用歐洲中心這個(gè)平臺(tái)按圖索驥，進(jìn)行了初步理論推演和業(yè)務(wù)試驗(yàn)，首次成功實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星等各種觀測(cè)資料在模式方程中的反演，于是大膽推斷，基于變分法和共軛方程的四維同化將有望根本解決氣象資料的同化問(wèn)題，大大提高預(yù)報(bào)能力。

歐洲中心學(xué)術(shù)報(bào)告廳

全球頂級(jí)氣象科學(xué)家的夢(mèng)想舞臺(tái)

然而，在當(dāng)時(shí)很多國(guó)家都選擇其它技術(shù)路線的背景下，選擇四維變分作為業(yè)務(wù)發(fā)展方向是要承擔(dān)相當(dāng)大的決策風(fēng)險(xiǎn)的，科學(xué)家們成功說(shuō)服了歐洲中心的領(lǐng)導(dǎo)層，這項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)十年的艱巨研究任務(wù)最終得以持續(xù)推進(jìn)。

歐洲中心天氣會(huì)商室

（成功預(yù)測(cè)了色彩權(quán)威機(jī)構(gòu)PANTONE公布的

2018年度代表色：紫外光 >.<）

歷史證明，歐洲中心選擇了一條最為優(yōu)化的路徑，實(shí)現(xiàn)了跨越式的進(jìn)步，把美國(guó)等模式甩出去了幾條街。這個(gè)進(jìn)步同時(shí)也帶來(lái)了豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都在政府層面常年持續(xù)大量購(gòu)買(mǎi)歐洲中心的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，更不用說(shuō)對(duì)準(zhǔn)確的全球天氣預(yù)報(bào)有迫切需求的能源、金融、交通、農(nóng)業(yè)等重大支柱產(chǎn)業(yè)了。

地面氣壓場(chǎng)及850hpa溫度場(chǎng)疊加圖

來(lái)自歐洲中心的數(shù)據(jù)及繪圖軟件Magics

可以在線自動(dòng)生成程序腳本

為地球科學(xué)研究者提供了極大方便

在歐洲各國(guó)政府撥款，會(huì)員國(guó)氣象局共同管理運(yùn)行的體制下，歐洲中心將科學(xué)技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，強(qiáng)大的盈利能力也是其能在長(zhǎng)達(dá)二十年的時(shí)間里，持續(xù)推進(jìn)和大規(guī)模投入資金的重要保障，從而反哺科學(xué)研究工作不斷深入開(kāi)展。

歐洲中心的組織架構(gòu)圖

反映了“教授治?！钡膶W(xué)術(shù)理念

以及現(xiàn)代公司化運(yùn)作的商業(yè)手法

可以說(shuō)，四維變分二十年，既是科學(xué)的勝利，也是體制的勝利，歐洲中心有效整合了政府、高校、跨國(guó)組織的優(yōu)勢(shì)力量，實(shí)現(xiàn)了科技進(jìn)步+商業(yè)回報(bào)+學(xué)術(shù)聲望的三重豐收。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)政府和企業(yè)每年從歐洲中心購(gòu)買(mǎi)氣象數(shù)據(jù)的費(fèi)用高達(dá)上億元。雖然高質(zhì)量的氣象數(shù)據(jù)研發(fā)周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高、成本高，但考慮其高附加值及低邊際成本，仍然具有非常大的市場(chǎng)想象空間。