从望天到测天：他们用中国力量解密气象难题 | 科技自立自强之路

70年来

从静观风起云涌的经验判断

到以严格推理计算为凭据的数值预测

我国数值天气预报实现了

从感性认识到理性认识的蜕变

目前已赶上世界先进水平

同美、欧、日等全球气象中心并驾齐驱

为全世界气象监测预警提供可靠参考

以国家最高科技奖获得者、

中国科学院院士曾庆存为代表的

中国科学院大气物理研究所（简称大气所）科学家

和中国气象局的气象专家一道努力

用坚持不懈的创新

为数值天气预报和气候预测的发展

提供了源源不断的动能

▲曾庆存（右）与同学在苏联留学。

1960年的一个冬夜

莫斯科下着鹅毛大雪

计算机发热的电子管烘得整个机房热乎乎

凌晨一点

曾庆存采用其首创的半隐式差分法原理

仅用一个小时就在计算机上获得了

世界上第一张

以原始方程做真实预报的天气图

当年，半隐式差分法原理成为

苏联科学院重大成就之一

该方法立刻被用作每天的数值天气预报

试报一年的准确率超过60%

符合天气预报实际业务要求

1962年，莫斯科世界气象中心开始

用该方法向全球发报数值天气预报

这就是世界采用斜压原始方程

做天气预报业务的开端

▲曾庆存介绍半隐式差分法原理。

1961年，曾庆存从苏联学成归国

当时我国高速计算机资源缺乏

无法用斜压原始方程做短期数值天气预报

为了更好地开展短期数值天气预报

曾庆存决心转入更深入、更抽象的基础研究

在那段艰苦又充实的日子里

曾庆存与合作者实现了

一个又一个“首次提出”：

创立了数值天气预报与地球流体力学的

数学物理系统理论和计算方法

研制了数值天气和气候预测模式

建立了大气遥感系统理论

发展了定量信息提取方法

1979年，曾庆存撰写的

《数值天气预报的数学物理基础》出版

开创了大气和地球流体力学的

数学物理系统理论

在全球学界引发广泛关注

国际数学家联盟原主席Lions大力推介该成果

此后应用数学界形成了

研究大气和地球流体力学问题的数学分支

如今已是中国科学院院士的王会军

对气候变化、古气候数值模拟很感兴趣

大气所研究员胡非

则更关注大气和地球流体边界层

中国科学院院士戴永久

主要负责陆面过程模式的研发

国家卫星气象中心首席科学家李俊

主要研究气象卫星和相关的大气红外遥感

他们都是曾庆存的学生

研究方向各有不同

后来都成长为我国气象研究的骨干

大气所气象科学研究的布局逐渐成型

曾庆存带领他们进行跨季度气候预测研究

设计出大气环流模式、大洋环流模式

他们独创的动力框架跻身国际先进行列

该模式从1990年开始

连续5年用于季度和跨季度气候预测

都取得了成功

并在1994年建立

世界第一个实际应用的短期气候预测系统

▲曾庆存手书的治学心得。

后来曾庆存萌生了建立我国自己的

地球系统模式的念头

当时国际上已存在大体成型的气候变化研究模式

有的还开放共享源代码

有人认为可以直接使用现成的开源系统

但曾庆存力排众议，坚决表示

中国必须有自己的地球系统模式

“我们自己有模式、有计算数据

就有气候谈判的底气！”

2003年

大气所正式提出研制“地球系统模式”

2007年获中国科学院立项支持

其后又获国家的大力支持

并命名为中国科学院地球系统模式

历经14年攻关

2021年，“寰”诞生了

它是我国首个研制成功的

地球系统数值模拟大科学装置

能通过计算模拟真实地球的风云变幻

并规划人类的一些建设方案

在“寰”中输入某一时刻的观测数据

就能通过大规模数值计算

推演地球不同圈层的变化

就好像给地球做可视化CT一样

“寰”可以帮助科研人员更好读懂地球

更精准、全面认识地球变化

研究全球变化的机制和机理

预知地球的未来

▲地球模拟实验室展厅。本文均为大气所供图

除了为实现“双碳”目标提供科学支撑

“寰”还将被广泛应用于

防灾减灾、环境治理、可持续发展等

重大科学问题

曾庆存说

相信未来中国的气象科学

和地球系统科学事业的前途

一定光明！