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冰与雪之歌:冬奥项目受天气影响大?别怕,高精度气象预报系统帮你摸清天气的“小脾气”
时间:2022-05-05  关键词:  点击量:243

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今年北京地区遭遇了一波又一波的寒潮袭击,甚至初次降雪就达到了暴雪量级,但是这并没有影响到北京冬奥会各项工作的推进,这很大程度上要得益于中国气象局-冬奥气象中心相关技术人员们的辛勤付出。

为了让带大家了解这项科技成果,我们联系到了北京城市气象研究院副院长、中国冰雪科学家、“冬奥高精度气象预报系统”的研发团队负责人——陈明轩,并围绕此次冬奥气象监测预报技术的突破做了一次深度的采访。

冬奥项目对天气要求严苛精细

 1924年法国夏蒙尼第一届冬奥会到2018年韩国平昌第二十三届冬奥会,天气一直是历届冬奥会不可或缺的一部分,冬奥会的核心之一就是天气风险管理。平昌冬奥会期间,因为天气原因造成17项赛事调整、1项取消。今年2月份“相约北京”系列冬季体育测试活动期间,赛区经历了各类高影响天气,76项比赛、55项官方训练中,由于天气原因调整比赛8项、官方训练4项。

 冬奥会有70%左右都是室外项目,而室外项目的项目赛程安排和赛事举办、观赛、救援、交通、媒体转播以及冬奥会期间城市安全运行等外围保障服务,包括冬奥前期的赛会筹办、场馆设施规划建设等,都与气象条件密切相关,冬奥赛事举办需要根据天气预报找到合适的“窗口期”。

 此外,冬奥会不同竞赛项目、不同比赛场地对气象条件的要求各不相同。天气条件直接影响到运动员发挥,甚至影响到比赛安全。举例来说,对于高山滑雪,很精彩的项目,运动员速度最高可达140公里每小时,赛程也就几分钟,对赛道附近风速风向的变化非常敏感,对赛道附近的能见度要求是必须大于2公里。跳台滑雪要求在风力小于等于4米每秒的前提下举行,对地面以上一定高度的风速风向也有极高要求,风速风向直接影响到运动员的空中姿态控制甚至人身安全。另外,越野滑雪要求风力在10米每秒以下,自由式空中技巧要求1分钟平均风速在3米每秒以下,冬季两项和单板滑雪要求气温不得低于零下18摄氏度。

 以上这些都意味着冬奥会期间气象监测要精准、严密,并且要缩小山地尺度检测范围,缩短气象预报更新时间,延长气象预报的时效。

从零起步,攻克重重难题

 早在北京冬奥会申办成功的那一天,习近平总书记就向国际社会做出庄严承诺,要把2022年冬奥会办成一届精彩、非凡、卓越的奥运盛会。对天气的精密监测、精准预报和精细服务,是冬奥会成功举办的影响因素之一。北京冬奥组委对气象保障服务的要求是“一场一策”“一项一策”,客观预报要做到“百米级、分钟级”。所以从那时起中国气象局就组建了一支52人的高精尖研发团队来攻克北京冬奥气象监测难关,而他们也确实没有辜负大家的期望,最终真正实现了世界首次“百米级、分钟级”的精准天气预报。

 从气象的角度讲,北京冬奥会是近20年内唯一一次在大陆性冬季风主导的气候条件下举办的冬奥会,山地赛场的特点就是大风多、干冷,而往届冬奥会主要在海洋性气候条件下举办,气象特点是雨雪多、能见度差。因此,气候特征决定了北京冬奥会的特殊难题就是山地小尺度的风和温度的精密监测、精准预报,而这在国际上都是尚未解决的气象难点之一。此外,纵观历届冬奥会的气象服务保障,国际上没有成熟的、适用于北京冬奥会的可移植技术方案,加上中国冰雪运动起步较晚、国际冬季重大体育赛事气象服务保障技术和经验缺乏,所以此次北京冬奥会的气象服务保障挑战大、科技攻关难度高,很多技术我国可以说是从零起步。

 从北京冬奥会气象保障的要求来说,冬奥气象中心需要做到空间百米级以内的预报,预报的时效至少需要10天,这就是研发团队需要攻克的特殊难题。从大气科学可预报性的角度说,空间越精细、预报时段越长,预报难度越大,更何况在地形复杂的山区,除了需要预报常规的风速风向、温度、湿度、降水外,还需要提供冬奥关注的阵性大风、能见度、降水相态、雪面温度等特殊气象预报,所以难度就更大。

四年砥砺前行,实现世界首次

 经过近4年的科技攻关,冬奥气象中心研发团队终于研发出了高精度数值天气预报模型、多源气象数据快速集成融合、大气涡流尺度数值模拟计算、人工智能误差模型订正等关键技术方法,构建了冬奥气象“百米级”预报技术体系,形成了冬奥高精度气象预报系统“睿图-睿思”,实现了冬奥山地赛场的0-10天“百米级”网格气象预报以及冬奥关键点位的0-10天定时、定点、定量气象预报,填补国内空白,核心技术自主可控。

 在往届冬奥会期间,客观气象预报基本以千米网格为主,时间更新频率是半小时至1小时。在国内,目前的高精度数值天气预报模型的网格分辨率最高是3公里,部分发达地区的客观预报的网格距可以达到1公里,时间更新频率基本是1小时或者3小时。而北京冬奥会高精度气象预报的空间网格分辨率最高是67米,时间更新频次最高是10分钟。气象检测真正达到了质的飞跃。

 在提到是什么支持研发团队在毫无技术参考的情况下,仅用了短短四年时间就克服如此多的难关,成功研究出世界首个的冬奥高精度气象预报系统时,陈明轩副院长的回答令我们记忆深刻——他说,除了冬奥气象保障服务的重要性和不可获取性之外,更重要的是冬奥气象中心团队的骨干科研人员拥有不服输的大国工匠精神。齐心协力干下去,才使得大家最终突破自我并达成了这样完美的结果。


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