精細(xì)氣象服務(wù) 助力精彩冬奧

李紅梅

舉世矚目的北京冬奧會(huì)，即將拉開帷幕。

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，經(jīng)過(guò)幾年努力，各項(xiàng)籌備工作基本就緒，我們完全有信心、有能力為世界奉獻(xiàn)一屆精彩、非凡、卓越的奧運(yùn)盛會(huì)。

應(yīng)對(duì)天氣風(fēng)險(xiǎn)是歷屆冬奧會(huì)組織管理的重要內(nèi)容，氣象服務(wù)是保障北京冬奧會(huì)順利舉辦的一項(xiàng)重要工作。面對(duì)復(fù)雜山地氣象精準(zhǔn)預(yù)報(bào)等國(guó)際公認(rèn)難題，北京冬奧申辦成功后，中國(guó)氣象局等相關(guān)部門第一時(shí)間啟動(dòng)了籌備工作，組建氣象服務(wù)核心團(tuán)隊(duì)，在以往人跡罕至的陡坡、山頂布下精密氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”專項(xiàng)等的支持下，組織科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，研究復(fù)雜山地天氣氣候特點(diǎn)，攻克世界性山地氣象精準(zhǔn)預(yù)報(bào)技術(shù)難題。冬奧專職氣象預(yù)報(bào)團(tuán)隊(duì)連續(xù)5年開展冬季實(shí)戰(zhàn)預(yù)報(bào)訓(xùn)練，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，精細(xì)氣象服務(wù)將助力北京冬奧精彩舉辦。

攻克難題——?dú)庀蠓?wù)保障從零起步，復(fù)雜山地做百米級(jí)預(yù)報(bào)

沿著蜿蜒的山路，記者來(lái)到了小海陀山半山腰。小海陀山是北京冬奧會(huì)延慶賽區(qū)所在地，山頂海拔2198米，是高山滑雪項(xiàng)目的滑降起點(diǎn)。剛走近賽道，雪粒就向記者臉上飛撲而來(lái)，風(fēng)夾著雪粒直往脖子里灌。雪來(lái)自不遠(yuǎn)處賽道上的4個(gè)造雪機(jī)，它們正把剛造的雪“鋪”到賽道上。

“風(fēng)速約每秒8米，體感溫度零下10攝氏度，西北風(fēng)、南風(fēng)等陣風(fēng)較多?！倍瑠W北京氣象中心延慶賽區(qū)氣象服務(wù)組副組長(zhǎng)時(shí)少英站在風(fēng)雪中，作出了實(shí)況判斷。她和另一名預(yù)報(bào)員負(fù)責(zé)這里的高山滑雪賽事氣象服務(wù)。她告訴記者：“造雪機(jī)造雪的時(shí)間點(diǎn)、方位參考了預(yù)報(bào)信息，力求最佳造雪效果?！?/p>

這是時(shí)少英在小海陀山度過(guò)的第五個(gè)冬天。如今她成竹在胸，這里變幻莫測(cè)的氣象要素，已被她和同事們琢磨得越來(lái)越透。

然而，2017年剛接到任務(wù)時(shí)，時(shí)少英卻覺得“壓力巨大”。

小海陀山是復(fù)雜山地地形，“一天變四季”“百米不同天”，有時(shí)山上飄著雪花，延慶城區(qū)卻是晴天。

復(fù)雜山地的氣象預(yù)報(bào)是國(guó)際公認(rèn)難題，隔著一道山脊，氣象環(huán)境就可能有很大區(qū)別。小海陀山高山滑雪賽道處于背風(fēng)坡，亂流多，不規(guī)律；山頂滑降起點(diǎn)、山腰起跳點(diǎn)、山腳結(jié)束點(diǎn)的氣溫、風(fēng)速差別極大。要在一至三公里長(zhǎng)的賽道上進(jìn)行百米級(jí)預(yù)報(bào)，幾年前我國(guó)預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)幾乎是零。

北京冬奧會(huì)是近20年來(lái)、唯一在大陸性冬季季風(fēng)主導(dǎo)的氣候條件下舉辦的冬奧會(huì)，賽區(qū)處于復(fù)雜山地中，要做百米級(jí)預(yù)報(bào)才能滿足賽事需求，這在國(guó)際上前所未有。

張家口賽區(qū)國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心預(yù)報(bào)員段宇輝介紹：“大風(fēng)天氣對(duì)跳臺(tái)滑雪和北歐兩項(xiàng)影響較大，尋找到小于每秒4米風(fēng)速的賽時(shí)窗口期，成為預(yù)報(bào)中最大的難點(diǎn)?！笔卒摶┐筇_(tái)是北京賽區(qū)唯一室外場(chǎng)地，“對(duì)48米、25米跳臺(tái)的逐小時(shí)陣風(fēng)預(yù)報(bào)，是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)?！北本┵悈^(qū)首鋼滑雪大跳臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)員杜佳告訴記者。

因各類賽事需求不同，北京冬奧氣象保障服務(wù)明確了“一場(chǎng)一策”“一項(xiàng)一策”的原則?！翱v觀歷屆冬奧會(huì)，與北京冬奧會(huì)的天氣氣候特征、冬奧氣象保障側(cè)重點(diǎn)均差異顯著，國(guó)際上沒有成熟的、適用于北京冬奧會(huì)氣象服務(wù)保障的技術(shù)方案可以借鑒或復(fù)制，加上我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)起步較晚，缺少冬季重大國(guó)際體育賽事氣象服務(wù)保障經(jīng)驗(yàn)，可以說(shuō)，北京冬奧會(huì)的氣象服務(wù)幾乎是從零起步?！眹?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”專項(xiàng)（氣象）負(fù)責(zé)人陳明軒說(shuō)。

精密監(jiān)測(cè)——在陡峭山頂建氣象站，形成“三維、秒級(jí)、多要素”立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

鏟一鏟雪、邁一小步……張家口賽區(qū)氣象裝備保障團(tuán)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)幺倫韜和4名隊(duì)員，向著山頂攀爬，山坡雪深，腳下時(shí)不時(shí)打滑。他們要攀登到山頂“云頂一號(hào)”氣象觀測(cè)站，增設(shè)備用設(shè)備。

監(jiān)測(cè)是氣象預(yù)報(bào)的第一步。賽區(qū)氣象觀測(cè)站是專門為冬奧氣象監(jiān)測(cè)建設(shè)的，與氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)以及其他多種非常規(guī)探測(cè)儀器，形成嚴(yán)密的“地、空、天”立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)，獲取全面的賽區(qū)氣象實(shí)況數(shù)據(jù)，為提高預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)能力提供重要的基礎(chǔ)觀測(cè)。

“云頂一號(hào)”是張家口賽區(qū)建站難度較大的站點(diǎn)之一。它位于自由式滑雪空中技巧賽場(chǎng)上方，周圍坡度超過(guò)45度，又陡又滑，冬季連雪地摩托都難以抵達(dá)。工作人員只能每人背著20多斤重的裝備，套上冰爪，從積雪中鏟出一條路，一步一步攀登上山頂。

坡陡路滑，一旦滾落，可能有生命危險(xiǎn)。這樣的險(xiǎn)境，幺倫韜和隊(duì)友們不是第一次遇到?！皬?年前開始，我們就以冬奧賽場(chǎng)為核心，在陡坡、山頂上建站、維護(hù)?！彼f(shuō)。

2019年12月，小海陀山降下暴雪，競(jìng)技三號(hào)自動(dòng)氣象站卻出現(xiàn)故障。這個(gè)氣象站處于離山頂不遠(yuǎn)的陡坡上，車輛無(wú)法到達(dá)。延慶賽區(qū)氣象保障團(tuán)隊(duì)成員高猛和同事徒手搬運(yùn)重達(dá)60斤的蓄電池，爬上覆蓋亂石和冰雪的陡坡，終于把備件搬運(yùn)到故障站點(diǎn)。維修設(shè)備時(shí)不能戴手套，完成工作后，高猛的手指腫大了一圈，手背凍紫了幾處。下山時(shí)他們發(fā)現(xiàn)鞋里全是雪水，雙腳都已凍僵。

“氣象站一般建在賽道邊陡坡上，有些建在懸崖邊上。除了應(yīng)急維修，每隔10天還要去進(jìn)行常規(guī)維護(hù)?！倍瑠W北京氣象中心延慶賽區(qū)氣象服務(wù)組副組長(zhǎng)張曼說(shuō)。在延慶賽區(qū)，記者跟隨工作人員登上了海拔1300米的競(jìng)技八號(hào)氣象站。氣象站所處坡面非常陡，坡面上只有沙土和亂石。記者沿著工作人員在坡上踩出的泥坑，手腳并用，才爬到了氣象站點(diǎn)。

“騾馱人背運(yùn)設(shè)備，餓了就吃點(diǎn)干糧。7年來(lái)，我們累計(jì)新建、改建、遷建氣象站95次，按時(shí)獲取了各賽道氣象觀測(cè)資料。”張家口市氣象局辦公室主任樊武說(shuō)，“遇到風(fēng)霜雨雪天氣時(shí)，氣象工作者常常需要逆行而上，去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢修、維護(hù)。”

如今，包括賽道氣象站在內(nèi)，3個(gè)賽區(qū)里建成441套現(xiàn)代立體觀測(cè)設(shè)施，加上各類天氣雷達(dá)、氣象衛(wèi)星，形成了“三維、秒級(jí)、多要素”立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了冬奧賽區(qū)的精密監(jiān)測(cè)。

實(shí)戰(zhàn)演練——觀測(cè)降雪不同粒子形狀，摸準(zhǔn)賽區(qū)天氣“脈動(dòng)”

寒潮、大風(fēng)、降雨……2021年11月6日早上8時(shí)，北京冬奧會(huì)降雪粒子科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)小組成員聚集在張家口賽區(qū)會(huì)商室，等著降雪出現(xiàn)。

為了提高賽區(qū)降雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，預(yù)報(bào)員持續(xù)數(shù)年進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，采集氣象數(shù)據(jù)。雨雪、大風(fēng)是對(duì)比賽影響較大的山地天氣，因此，雨雪、大風(fēng)來(lái)臨之時(shí)，是最好的觀測(cè)期。

“雨轉(zhuǎn)雪了！”11時(shí)55分，天上開始降雪。小組成員立刻分為3組，輪流到室外冒著雨雪開展觀測(cè)。每小時(shí)觀測(cè)一次，24個(gè)小時(shí)不間斷，共采集了24組數(shù)據(jù)。

“我們觀測(cè)拍攝了150多張照片，得到了不同粒子形狀、凇附程度的雪水比，為研究賽區(qū)山地降雪機(jī)理、開展雪深預(yù)報(bào)積累了觀測(cè)基礎(chǔ)?！苯笛┝Ｗ涌茖W(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)小組組長(zhǎng)范俊紅介紹，團(tuán)隊(duì)還制作了賽區(qū)地面降雪粒子圖集。

當(dāng)天，X波段雙偏振雷達(dá)車也同時(shí)就位，6名預(yù)報(bào)員在寒潮中堅(jiān)守了22個(gè)小時(shí)，全面記錄了降雪過(guò)程的雷達(dá)回波特征。這些觀測(cè)資料有助于提升預(yù)報(bào)員對(duì)賽區(qū)降雪規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識(shí)和預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)能力。

近年來(lái)，這樣的賽區(qū)觀測(cè)試驗(yàn)開展了無(wú)數(shù)次。張家口賽區(qū)云頂場(chǎng)館群首席預(yù)報(bào)員李宗濤說(shuō)：“通過(guò)觀測(cè)，張家口賽區(qū)氣象預(yù)報(bào)服務(wù)團(tuán)隊(duì)建立了賽區(qū)高影響天氣個(gè)例庫(kù)，構(gòu)建了‘夜間增溫‘冷湖效應(yīng)及‘山地降雪的物理概念模型。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的基于機(jī)器學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)偏差訂正等賽場(chǎng)氣象要素客觀預(yù)報(bào)方法，已在多項(xiàng)賽事中得到檢驗(yàn)和應(yīng)用。”

北京冬奧會(huì)3個(gè)賽區(qū)的專職預(yù)報(bào)員，總共達(dá)到52名。除了北京、河北兩地氣象部門的預(yù)報(bào)員，還有多名從山西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江等地氣象部門抽調(diào)的優(yōu)秀預(yù)報(bào)員，中央氣象臺(tái)也派出5名預(yù)報(bào)員進(jìn)駐一線。從2017年開始，這些預(yù)報(bào)員每年冬天在賽區(qū)開展實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。

以前賽區(qū)天氣資料較少，預(yù)報(bào)員們開展大量實(shí)地調(diào)研，觀測(cè)、收集數(shù)據(jù)，摸清賽區(qū)的天氣特點(diǎn)。他們調(diào)研的辦法很“笨”：每周去爬山，從山腳、山腰到山頂，從早上、中午到晚上，分區(qū)域、分時(shí)段收集氣象要素?cái)?shù)據(jù)。風(fēng)雪來(lái)臨時(shí)，整日整夜觀測(cè)是常有的事。做出預(yù)報(bào)之后，還要實(shí)地再觀測(cè)、驗(yàn)證、訂正，以此不斷提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

近年來(lái)，氣象服務(wù)保障團(tuán)隊(duì)已經(jīng)歷了多次實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)。2020年1月，原定于1月18日至19日舉行的第十四屆全國(guó)冬季運(yùn)動(dòng)會(huì)高山滑雪競(jìng)速類項(xiàng)目賽事改期進(jìn)行，這個(gè)重大調(diào)整正是參考了賽區(qū)氣象服務(wù)團(tuán)隊(duì)的預(yù)報(bào)信息。

當(dāng)年1月8日，氣象部門就預(yù)計(jì)18日小海陀山可能有大風(fēng)天氣。之后逐日滾動(dòng)追蹤天氣系統(tǒng)變化，經(jīng)會(huì)商做出了“18日至19日預(yù)計(jì)將有大風(fēng)天氣，賽區(qū)陣風(fēng)風(fēng)速超過(guò)20米/秒”的預(yù)報(bào)，并向競(jìng)賽組織方及時(shí)匯報(bào)，賽事因此提前到16日至17日舉行。隨后兩天，小海陀山果然刮起了大風(fēng)！

硬核突破——核心技術(shù)完全自主可控，實(shí)現(xiàn)“百米級(jí)、逐10分鐘更新”

想起兩個(gè)多月前那場(chǎng)雪，陶亦為和李琛仍感到興奮不已。

2021年10月，“相約北京”系列冬季體育賽事測(cè)試賽和測(cè)試活動(dòng)展開，延慶賽區(qū)現(xiàn)場(chǎng)氣象預(yù)報(bào)團(tuán)隊(duì)首席預(yù)報(bào)員陶亦為和李琛進(jìn)駐國(guó)家雪車雪橇中心，開展測(cè)試賽現(xiàn)場(chǎng)氣象保障服務(wù)。

11月21日早上會(huì)商時(shí)，陶亦為和李琛做出了下午有降雪的預(yù)報(bào)。根據(jù)高精度天氣預(yù)報(bào)模型、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)、人工智能預(yù)報(bào)技術(shù)驗(yàn)證，兩名預(yù)報(bào)員認(rèn)為這場(chǎng)降雪不會(huì)形成積雪，對(duì)當(dāng)天將要舉行的雪車雪橇比賽沒有影響。

下午4時(shí)，飄雪如期到來(lái)。然而，1個(gè)小時(shí)過(guò)去了，2個(gè)小時(shí)過(guò)去了，3個(gè)小時(shí)過(guò)去了……這場(chǎng)雪遲遲沒有停下的苗頭。

“當(dāng)時(shí)怕預(yù)報(bào)有偏差，影響晚上賽事進(jìn)行。”陶亦為和李琛心里越來(lái)越緊張。于是，每隔半小時(shí)，兩人就去場(chǎng)館外，摸摸地面，看看有沒有積雪。晚上8時(shí)，雪終于停了，地面沒有積雪！兩人心里的石頭總算落了地。

“準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，來(lái)自于實(shí)地調(diào)研、多年冬訓(xùn)，來(lái)自于高精尖觀測(cè)設(shè)備，來(lái)自于‘百米級(jí)、逐10分鐘更新等硬核技術(shù)的強(qiáng)力支持?！鳖A(yù)報(bào)員們說(shuō)。

自2016年開始，在北京市科技計(jì)劃以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”專項(xiàng)支持下，由十幾家單位200多名科技骨干和預(yù)報(bào)人員組成的冬奧氣象科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)逐步形成，緊鑼密鼓開展冬奧氣象精密監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)預(yù)報(bào)核心科技研發(fā)。

經(jīng)過(guò)艱苦攻關(guān)，高精度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型、多源氣象數(shù)據(jù)快速集成融合模型、預(yù)報(bào)誤差人工智能訂正模型等關(guān)鍵技術(shù)方法陸續(xù)研發(fā)成功，構(gòu)建了冬奧氣象“百米級(jí)”預(yù)報(bào)技術(shù)體系，形成了冬奧高精度氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)“睿圖—睿思”，實(shí)現(xiàn)了冬奧山地賽場(chǎng)的10天之內(nèi)“百米級(jí)”網(wǎng)格氣象預(yù)報(bào)，以及冬奧關(guān)鍵點(diǎn)位的10天之內(nèi)定時(shí)、定點(diǎn)、定量氣象預(yù)報(bào)，多項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，核心技術(shù)完全自主可控。

陳明軒介紹，往屆冬奧會(huì)氣象預(yù)報(bào)以千米網(wǎng)格為主，每半小時(shí)至1小時(shí)更新，“北京冬奧會(huì)氣象預(yù)報(bào)網(wǎng)格精細(xì)到100米甚至67米，更新頻次最高為10分鐘，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，為‘一場(chǎng)一策‘一項(xiàng)一策冬奧氣象服務(wù)保障提供強(qiáng)有力的科技支撐?！?/p>

人工智能預(yù)報(bào)技術(shù)首次在冬奧會(huì)中應(yīng)用，通過(guò)對(duì)海量氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)“再解讀”，對(duì)客觀氣象預(yù)報(bào)“再訂正”，進(jìn)一步提升了冬奧氣象預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度。目前，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”專項(xiàng)氣象項(xiàng)目已納入世界氣象組織高影響天氣預(yù)報(bào)示范項(xiàng)目，為國(guó)際相關(guān)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用提供中國(guó)經(jīng)驗(yàn)。

“今后，冬奧氣象科技攻關(guān)的成果及其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、解決方案將持續(xù)發(fā)揮效益，保障我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)開展，在國(guó)家重大活動(dòng)保障、大城市安全運(yùn)行、災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)預(yù)警和應(yīng)對(duì)等方面起到重要支撐作用。此外，還將應(yīng)用于新能源特別是風(fēng)能、太陽(yáng)能領(lǐng)域，助力我國(guó)如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)?！敝袊?guó)氣象局有關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

（文章來(lái)源《人民日?qǐng)?bào)》）

記者手記

優(yōu)質(zhì)氣象服務(wù)滿足美好生活需要。

在大陸性冬季季風(fēng)主導(dǎo)的山地賽區(qū)，提供優(yōu)質(zhì)氣象服務(wù)保障實(shí)屬不易。北京冬奧氣象服務(wù)保障團(tuán)隊(duì)數(shù)年如一日，扛起重?fù)?dān)，攻堅(jiān)克難，捕捉風(fēng)云之變，精測(cè)賽區(qū)天氣，研發(fā)出“百米級(jí)、分鐘級(jí)”預(yù)報(bào)產(chǎn)品，成功經(jīng)受了各類測(cè)試賽考驗(yàn)，為北京冬奧會(huì)精彩舉行做好了準(zhǔn)備。

辦好北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)，是中國(guó)向國(guó)際社會(huì)做出的莊嚴(yán)承諾。經(jīng)過(guò)幾年艱苦努力，氣象服務(wù)保障等各項(xiàng)籌備工作基本就緒，我們完全有信心、有能力為世界奉獻(xiàn)一屆精彩、非凡、卓越的奧運(yùn)盛會(huì)。

隨著冬奧熱度持續(xù)上升，我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)“南展西擴(kuò)東進(jìn)”，越來(lái)越多的人走上冰場(chǎng)雪場(chǎng)，“冷冰雪”成為“熱運(yùn)動(dòng)”，實(shí)現(xiàn)了“帶動(dòng)3億人參與冰雪運(yùn)動(dòng)”的目標(biāo)。未來(lái)，北京冬奧氣象科技攻關(guān)的顯著成果和寶貴經(jīng)驗(yàn)，將保障冰雪運(yùn)動(dòng)順利開展，持續(xù)為建設(shè)體育強(qiáng)國(guó)、增強(qiáng)人民體質(zhì)做出貢獻(xiàn)。

冬奧氣象科技攻關(guān)的成果和經(jīng)驗(yàn)，將惠及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展多個(gè)領(lǐng)域。如今，各行各業(yè)、人民群眾對(duì)氣象服務(wù)的需求越來(lái)越多，要求越來(lái)越高。適應(yīng)和減緩氣候變化，防御和減輕氣象災(zāi)害，開發(fā)和利用氣候資源，都離不開高質(zhì)量的氣象服務(wù)。持續(xù)提高氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)水平，堅(jiān)持“一年四季不放松，每個(gè)過(guò)程不放過(guò)”的氣象服務(wù)理念，不斷拓展氣象服務(wù)領(lǐng)域，我們一定能以更豐富、更優(yōu)質(zhì)的氣象服務(wù)產(chǎn)品，滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的美好生活需要，助力高質(zhì)量發(fā)展。