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“ 一直被追趕，從未被超越 (Always followed, never surpassed) ” 奔馳汽車這句著名的廣告用語，如果是要用到國際氣象界，那么迄今為止只有一個地方當之無愧， 那就是歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）。 歐洲中期天氣預報中心（ECMWF） 總部設在英國著名的氣象小鎮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。數值天氣預報是一個初值問題，數值模式計算出大氣運動“初值”的過程叫做“資料同化”，四維變分則是目前世界上最為領先的資料同化技術。1997年11月25日，歐洲中心四維變分業務正式上線，距其上一個版本——三維變分的業務化運行還不足兩年。 四維變分的原理示意圖 把能夠反映大氣真實狀況的觀測信息 整合到數值模式對大氣現象的模擬中 并保留其原來的三維空間+一維時間的各種特征 歐洲中心建于1975年，與英國氣象局及里丁大學毗鄰。是一個由歐洲34國聯合支持的政府間組織，其任務是為會員國提供兩天以上，數周以內，覆蓋全球的數值天氣預報。 可提供交互操作的大屏幕 能夠幫助氣象學家更好地分析數據 （ECMWF interactive weather wall） 幾十年來，歐洲中心的數值預報水平穩步提高并傲視全球。在歐洲地區，千禧年以來的強風暴事件幾乎未見漏報錯報，甚至在北美近年來造成重大災害的颶風預報中也完勝美加等國，對于東亞的預報也成為了中國官方天氣預報的重要參考。 最常引用的表現數值預報水平的統計圖 3天全球大氣運動形勢場預報的準確率已接近100% 預報可用時效不斷增強 南北半球預報水平不斷接近 歐洲中心在數值天氣預報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密切相關。四維同化系統是歐洲中心歷史上耗費最時間最長、調用人力最多、投資最大的科研項目，是一項依托多國開放合作、優質學術資源共享、大膽決策的系統工程。 上世紀90年代掌管歐洲中心的英國氣象學家David Martin Burridge首先，四維變分是為了解決八十年代中期數值模式應用衛星資料的瓶頸。一次偶然的機會，歐洲中心的幾位年輕氣象學者了解到了當時應用數學中較為先進的變分方法及其共軛方程，并憑借科學家的直覺意識到這種方法有可能就是要尋找的突破口。 數值預報中應用到的觀測數據種類繁多 但數據量最大的是氣象衛星觀測數據 大致占所有同化數據量的90% 隨后，各國氣象學家利用歐洲中心這個平臺按圖索驥，進行了初步理論推演和業務試驗，首次成功實現了衛星等各種觀測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題，大大提高預報能力。 歐洲中心學術報告廳 全球頂級氣象科學家的夢想舞臺 然而，在當時很多國家都選擇其它技術路線的背景下，選擇四維變分作為業務發展方向是要承擔相當大的決策風險的，科學家們成功說服了歐洲中心的領導層，這項長達十年的艱巨研究任務最終得以持續推進。 歐洲中心天氣會商室 （成功預測了色彩權威機構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化的路徑，實現了跨越式的進步，把美國等模式甩出去了幾條街。這個進步同時也帶來了豐厚的經濟回報，包括中國在內的許多國家都在政府層面常年持續大量購買歐洲中心的數值預報產品，更不用說對準確的全球天氣預報有迫切需求的能源、金融、交通、農業等重大支柱產業了。 地面氣壓場及850hpa溫度場疊加圖 來自歐洲中心的數據及繪圖軟件Magics 可以在線自動生成程序腳本 為地球科學研究者提供了極大方便 在歐洲各國政府撥款，會員國氣象局共同管理運行的體制下，歐洲中心將科學技術迅速轉化為生產力，強大的盈利能力也是其能在長達二十年的時間里，持續推進和大規模投入資金的重要保障，從而反哺科學研究工作不斷深入開展。 歐洲中心的組織架構圖 反映了“教授治校”的學術理念 以及現代公司化運作的商業手法 可以說，四維變分二十年，既是科學的勝利，也是體制的勝利，歐洲中心有效整合了政府、高校、跨國組織的優勢力量，實現了科技進步+商業回報+學術聲望的三重豐收。 據不完全統計，中國政府和企業每年從歐洲中心購買氣象數據的費用高達上億元。雖然高質量的氣象數據研發周期長、風險高、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想象空間。 資料來源：ECMWF官方網站 |
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