2月13日，北京和河北张家口，雪花飘飞而至。这场降雪早在意料之中——2月4日，气象部门已对本轮降雪已作出预测，降雪前两天又确定了各场馆降雪的时段和量级，并提前发布了天气预警信息。气象部门之所以能进行如此精准的预报，还得从两年前的一个计划说起。
“英雄会”汇聚各方力量
这个计划就是“智慧冬奥2022天气预报示范计划”（SMART2022-FDP，以下简称示范计划）。
近几届冬奥会主办国开展气象保障服务的示范计划几近成为传统。为充分利用整个气象行业的资源，集聚全行业智慧，2020年3月，中国气象局也为北京冬奥会量身打造了SMART2022-FDP。
示范计划的目标很明确——荟集先进气象科技，为冬奥气象监测、预报和服务提供支撑。
这是一场汇集最先进高精度天气预报技术方法的“英雄会”。除气象部门外，来自气象行业相关高校、科研院所、企业和军队等22家单位纷纷拿出自己的“看家本领”，在示范计划这个平台上一展身手，在2021年北京冬奥测试赛和2022年北京冬奥会正式赛中检验“各家绝技”。
从高分辨率模式预报到智能网格预报，从赛场站点预报到特色预报，为了精准预报风、温度、湿度、能见度等关键气象要素，帮助冬奥组委找到赛事赛程最佳“窗口期”，参与示范计划的各机构纷纷向“百米级、分钟级”精细化天气预报冲刺。
示范计划可对国内不同高分辨率数值预报模式、多源数据融合技术、人工智能天气预报技术及系统方法等进行对比检验，推动精细化天气预报技术深入发展，提升我国高精度客观天气预报核心技术的现代化水平，促进气象预报在新时期国家重大活动气象保障及气象防灾减灾服务等方面的深化应用。
“示范计划的实施，不仅为冬奥预报提供支持，也将进一步推动精准预报深入发展，对展现我国气象预报核心技术现代化能力、提高奥运气象科技水平、提升我国气象国际影响力都具有重要意义。”中国气象局预报与网络司司长毕宝贵说。
“国之重器”精准捕风捉雨
在示范计划的推动下，堪称“国之重器”的数值预报面向冬奥气象服务需求，向时空分辨率更加精细化和快速循环同化的预报方向发展。
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。
而北京冬奥会，空间网格分辨率最高可达67米，时间更新频次最高达到10分钟。
要实现“百米级、分钟级”预报，精准捕捉风雨变化，提升定时、定点、定量预报能力，高分辨率数值天气预报模式是最不可或缺的核心技术。
数值预报，千米级别和百米级别，难度不可同日而语。
为了更好描述大气边界层，气象部门研发出了大气涡流尺度数值模拟计算模型。
千米级的数值预报，对大气边界层可以进行参数化近似处理。但当空间网格分辨率精细到了百米级别，再用参数近似处理，误差会非常大。此时，就需要处理大气边界层内不同尺度大小的涡流，并且采用更高分辨率的地形高程数据。于是，大气涡流尺度数值模拟计算模型应运而生。
冬奥的预报，时效至少需要达到10天，为此，气象部门开发出了人工智能订正模型。这也是人工智能预报技术在国际上首次应用于冬奥会气象服务保障。借助人工智能技术和大数据技术，通过对海量的数值天气预报模型预报数据和大量气象观测数据进行“再解读”，从而实现客观气象预报“再订正”，提升冬奥气象预报的精准度。
除大气涡流尺度数值模拟计算模型和人工智能误差订正模型外，自2018年开始，历经4年科技攻关，冬奥气象科技团队还研发出了高精度数值天气预报模式、多源气象数据快速集成融合模式等关键技术方法，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，多项技术填补国内空白，核心技术完全自主可控。
在此基础上，针对冬奥气象保障中短期无缝隙天气预报需求，基于自主研发的全球及区域一体化数值天气预报模式，气象部门开发了种类丰富的冬奥气象保障中短期精细数值预报产品。
这些产品在冬奥会期间稳定及时地提供给预报员作参考，圆满完成了冬奥会期间赛事保障服务工作，尤其是在开幕式和闭幕式中为气象保障提供了有力支持。
“倚天长剑”通关“试金石”
北京冬奥会期间，大风、骤雪、升温、降温，每一次天气突变都是对气象预报的重大考验。数值预报犹如“倚天长剑”，让风雪无处遁形。
冬奥赛事是一块“试金石”，而作为“国之重器”的数值预报模式显然经受住了考验。不仅如此，经过这次磨炼，这把剑变得更加锋利。
就气象预报业务和技术发展而言，近几年，通过实施区域模式发展计划，区域模式分辨率和预报能力明显提升；通过实施智能网格预报行动计划，基于气象预报理论研究和人工智能、大数据分析等现代技术，形成一批智能预报技术成果并在业务中应用，预报精细程度和准确率稳步提高；通过实况业务的建设，多源高密度观测资料融合实况分析技术取得明显进展，客观、综合、立体的气象实况产品在业务服务中逐步应用。
这些成果在冬奥气象预报中得到了进一步的发展和完善，复杂山地精细化网格数值预报和人工智能技术等新技术新方法也在冬奥会气象服务中得到广泛应用。
以北京冬奥为契机，我国数值预报业务能力建设在2021年步入新纪元，锚定“卡脖子”技术持续攻关，多项核心技术取得突破性进展。
自主研发的第一代全球大气/陆面再分析系统（CMA-RA）及产品业务化应用，第三代气候模式预测系统（CMA-CPSv3）准业务化运行，自主研发的中国气象局全球同化预报系统（CMA-GFS）升级；台风、沙尘暴、雾-霾、海浪、核及环境应急响应等数值预报系统不断升级，显著提升了我国在灾害性天气应对、重大活动保障和服务地方经济社会发展等方面的气象支撑能力。
目前，冬奥会中研发的气象条件预测技术得到了国际专家的认可，纳入世界气象组织高影响天气预报示范项目，可为国际高影响天气高精度预报技术研发和应用提供中国经验。
“我们将对标国际先进水平，聚焦关键技术，补齐业务短板，夯实自主可控的数值预报业务模式体系基础，推动我国数值预报高质量发展。”毕宝贵表示。
未来，数值预报这枚国产气象“芯片”将在“蝶变”中变得更加闪亮。
