分钟级百米级精细气象服务保障北京冬奥会
分钟级百米级精细气象服务保障北京冬奥会，作为冬奥会的重要保障内容之一，冬奥气象服务保障备受关注。各项气象服务保障工作均已准备就绪。分钟级百米级精细气象服务保障北京冬奥会。
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2021年初，中央气象台成立冬奥技术攻坚团队，在“智慧冬奥2022天气预报示范计划”第一次技术横向评测中，多项产品检验效果突出，获得了参加2022年北京冬奥会气象保障技术支撑正式资格！
“不断优化、不断改进，研发出更好的客观预报产品，成为预报员判断天气趋势的‘利器’，为预报员提供更优的预报起点。”中央气象台冬奥预报技术保障团队技术负责人代刊说。
技术比拼——满足冬奥高精准预报需求
与夏季奥运会相比，冬奥会更加依赖气象条件，主要体现在户外赛场环境往往更复杂，影响赛事的气象要素预报难度更大，赛事开展对预报时间精细度要求高。以高山滑雪赛道为例，赛场环境水平距离短、垂直落差大。海拔落差每一百米，气象环境就有天壤之别；翻过一道山梁，又是另一番光景。
对于预报来说，则会面临山区复杂地形下“一天变四季”“十里不同天”的考验，站点预报以及常规的网格差值预报难以满足赛事保障需求。不同的比赛项目又对气象条件阈值有不同的要求，因此，要对风、气温、能见度、雨雪相态等要素进行监测预报。特别是雪上项目赛道风场突变性强，太阳多晒一会儿，或者一朵云飘过来，都会让风发生变化。运动员在高速下滑过程中，极易受到赛道突变的纵风及横风影响。
纵观历届冬奥会气象服务保障，国际上并没有成熟的、完全适用于北京冬奥会的可移植技术方案。因此，北京冬奥会气象服务保障挑战大、科技攻关难度高，很多技术可以说是从零起步。
2020年3月，中国气象局启动“智慧冬奥2022天气预报示范计划”（以下称“示范计划”），征集国内优秀高分辨率区域数值天气模式和人工智能等客观预报技术、方法和系统。预报示范内容，以提供预报员直接参考的地面气象要素预报产品为主。在此过程中，团队人员不断深化对赛区天气基本规律的认识，加大对模式释用、概率预报等针对性的技术开发；强化数值预报解释应用技术，研究精细到比赛场馆及赛道不同地点的赛事气象风险预报预警技术，从而提高冬奥运天气预报保障能力。
精准研发——让客观预报产品更精细
中央气象台在现有网格预报技术基础上升级改进相关产品，在预报时空分辨率、预报产品类型、高影响天气等方面提供全方位的技术支撑。
在空间上，针对冬奥赛事地形，中央气象台将国家级格点预报分辨率由5公里提高至1公里，以更加精细化的方式覆盖冬奥赛场。不仅如此，攻坚技术团队还对赛事决策重点关注的赛场预报开展有针对性的预报优化，针对赛场不同的地理环境，分别构建了赛场天气预报模型，提供精准到点的最优预报。
在时间上， 攻坚技术团队完成了覆盖0至15天全时段多类型预报技术研发支撑，包括临近时效的分钟级逐小时滚动更新预报、短期时段的小时级预报、中期时段的逐3小时预报及延伸期逐6小时预报。
在产品类型上，技术团队全面支撑多类型气象要素预报产品，包括降水（雪）、积雪深度、降水相态、平均风、阵风、气温、能见度、沙尘、PM2.5等。
针对赛事高影响天气，中央气象台完成了相应的技术强化工作，比如对高山赛场大风预报影响因素构成分析、更新阵风技术；对异常气温出现的成因诊断，完善客观预报模型构建逻辑；研发对灾害性和极端天气的早期辨识和风险预报等。
天气预报室“科技冬奥”重点专项科研团队从三个方面进行技术和产品研发：一是针对冬奥赛区研发雨雪相态和新增积雪客观产品；二是开发冬奥赛区赛道级集合预报产品，为冬奥会预报服务提供概率预报产品；三是基于概率预报开发极端天气影响产品和冬奥赛事风险阈值影响产品。
应用沉淀——为研究型天气业务提供技术路线
针对示范计划第一次技术横向评测中暴露出的不足，中央气象台开展了多轮技术讨论和协作研发，完成高山站点针对性改进、短临支撑产品强化研发、实时业务运行测试等多方面工作。
“受限于数值预报的分辨率，预报模式对于小范围的局地特征很难描述出来，我们的工作就是帮助模式把这些精细特征描述出来，从技术上解决预报难题。”代刊说。
比如，对山地阵风预报的难点，攻坚团队通过调研诸如背风坡大风回流、静风天气局地热力循环等概念模型，制定基于天气学过程机理逻辑的预报技术方案，最终通过团队协作完成支撑技术的研发，并取得了良好的预报效果。
“传统客观预报方法的弱项体现在对异常或极端天气的捕捉能力较弱，这就需要研发人员把对天气形势的理解加入到模型中进行再优化，从而让预报员找到更多指标，成为预报的参考依据。”代刊说，示范计划最新检验表明，对户外赛事影响最大的阵风预报，较其他同类型产品有超过20%的性能优势。
在“相约北京”冬奥测试赛期间，攻坚技术团队基于大数据云平台所提供的统一方式数据支撑，持续改进更新机器学习算法模型和可视化产品，重点针对多类型风要素预报进行了强化模型训练和精细化预报及检验，并实时改进可视化产品。
冬奥支撑技术的研发，全程由预报员完成，是一次研究型业务的宝贵实践。预报员一方面利用自身对天气学的认知理解，一方面学习应用预报新技术，将预报员的思维逻辑过程固化在客观预报技术之中，实现预报员经验、保障需求与技术研发有机结合。
随着冬奥支撑技术应用成果和经验的`沉淀，其将对智能网格预报业务形成反哺，为未来预报技术研发提供发展思路。
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冬奥会期间会下雪么？有大风怎么办？冬奥气象工作主要做什么……作为冬奥会的重要保障内容之一，冬奥气象服务保障备受关注。那么，气象服务如何为冬奥保驾护航？多位专家和驻场保障人员在接受人民网“强观察”栏目记者采访时表示：“我们准备好了！”
冬奥气象中心综合协调办公室常务副主任王亚伟介绍，申办成功后各级部门通力合作，从组织结构、科技创新、人员培训等多方面积极备战北京冬奥会，至此已6年时间。“总体来看，各项气象服务保障工作均已准备就绪。”
对冬奥会雪上项目来说，降雪、气温、风速、能见度等气象要素至关重要。同时，由于制冰等工作的要求，场地温度的控制也极为苛刻，精准研判气象状况是办赛的一项重要工作。
国家重点研发计划“科技冬奥”项目（气象）负责人陈明轩告诉记者，此次冬奥会气象服务工作的难度较大，很多技术都是“从零起步”。“北京冬奥会是近20年来唯一一个在大陆性冬季风气候条件下举办的赛会，山地赛场出现大风、低温等天气的可能性要比往届冬奥会更高。”
面对此种情况，我们拿出了怎样的中国方案？
首钢滑雪大跳台预报首席杜佳介绍，滑雪大跳台需要赛道出发点、起跳点的风速风向预报，对应的观测站点分别位于48米和25米高度处，而在此之前我们不开展这一高度的预报工作。为做好服务保障工作，团队经过多次冬训实战演练，每天开展场馆预报，逐渐摸清了首钢大跳台场馆气象要素的变化规律，总结了不同天气背景下气象要素的特征手册。
陈明轩介绍，“苦办法”和“高科技”相结合，打造了完备的气象服务体系。他表示，近四年的科技攻关，研发出了适用于复杂地形的高精度预报模型，可完成10天内的“百米网格化”预测。
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作为冬奥会的重要保障内容之一，气象服务保障备受关注。北京市政协委员、中国气象局地球系统数值预报中心主任姚学祥在召开的北京市政协十三届五次会议上接受记者采访时表示，中国完全依靠自己的力量保障北京冬奥会，“百米级、分钟级”冬奥气象服务技术是一大亮点。
依靠中国自己的力量保障北京冬奥会
2008年北京奥运会，世界气象组织曾专门组织由世界发达国家和先进预报中心参与的奥运气象服务预报示范项目(FDP)和研究示范项目(RDP)，保障了2008年北京奥运会，也促进了中国气象服务能力提升。
“与夏季奥运会相比，冬季奥运会是更加依赖气象的盛会。”姚学祥表示，气象是冬奥会成功举办的关键因素，风速、风向、温度、湿度、能见度、雨雪、雷电、雾霾等直接关系到赛事的举办、运动成绩和运动员安全。各项冬奥赛事对气象条件要求各异、近乎苛刻，精准预报复杂地形下的山区赛场天气，更是难上加难。
这些年来，中国科技实力和气象预报技术有了很大提高。姚学祥谈到，这次改变了以往几届夏奥会、冬奥会的做法，没有实施世界气象组织示范计划，而是完全依靠中国自己的力量保障北京冬奥会。
百米级分钟级前沿技术帮助赛事寻找“窗口期”
气温太高雪道会溶化、气温太低运动员动作会僵化、风大了比赛可能得改期、湿度变化能改变冰面雪道摩擦力影响成绩、能见度低会影响运动员和裁判员视线……山地气象可谓“一天变四季”，冬奥气象预报是国际公认的难题。
气象部门提出，要提供同期世界最高水平的气象服务，服务标准达到“一项一策”，提供气象“百米级、分钟级”的精准微播报。
姚学祥表示，这是基于冬奥赛事实际需求及赛场具体环境提出的，也是根据科技实力提出的。要帮助各项赛事寻找适合的“窗口期”。
据了解，2013年，气象部门就已围绕北京、张家口等地气候背景开展研究，并陆续建成多个气象站，为申办冬奥会提供服务保障。2015年，北京申冬奥成功后，气象科技攻关紧锣密鼓开展起来。2019年底，冬奥赛区三维立体气象观测站网基本建成，能满足复杂山地及超大城市的双重服务需求。
时任北京气象局局长的姚学祥，参与了冬奥申办与筹办，并曾担任冬奥气象中心主任。姚学祥表示，目前气象部门已掌握了冬奥气象服务关键技术，开发了先进的冬奥气象服务系统，例如逐小时循环的一千米分辨率数值天气预报模式、百米级分钟级集成预报技术、先进的立体探测技术、AI气象应用技术等。
“集精兵强将之智，加上对历次重大活动气象保障经验的积累与传承，相信冬奥气象服务能做好。”姚学祥提出，科技冬奥之气象精密监测、精准预报、精细服务技术成果在冬奥会之后要及时转化，应用于日常气象服务和汛期气象保障，提高城市和山区防灾减灾能力。
打造世界一流数值预报创新中心
作为现代气象事业发展最核心的技术，数值预报堪称气象领域的“芯片”和“国之重器”。
2021年9月30日，中国气象局地球系统数值预报中心揭牌成立，开启中国数值预报业务能力建设新纪元。姚学祥成为首任“掌门人”。
中国的数值天气预报研究始于20世纪50年代，是国际上较早开展数值天气预报的国家之一。到20世纪80年代，数值预报业务进入发展阶段，主要采取“引进、消化、吸收、再创新”的开发模式。
姚学祥表示，数值预报中心要通过自主创新，加快全球/区域同化预报系统核心技术的发展及应用，使其成为现代天气业务发展的持续动力。
他表示，要建立地球系统大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈5大圈层相互作用的地球系统模式。未来，从“分钟级”监测到月、季、年、年代际无缝隙预报预测将变成现实，更好地服务于人类的生产生活、防灾减灾、应对气候变化。
气象工作需要科技底气。“我们现在所做的，不仅是为了今年、明年，更是为了在未来打造世界一流的数值预报技术创新高地和人才中心。”姚学祥说。
