《中国气象报》2026年9月30日2、3版
天气预报的背后，是一场看不见的计算。数值预报，被誉为气象事业的“芯片”。2021年9月30日，中国气象局地球系统数值预报中心成立。五年间，这块“中国芯”如何炼成？又如何让天气预报越来越准？
天气预报背后，是一场看不见的计算
全球大气每时每刻都在变化。
气象研究人员将温度、气压、风、水汽以及云和降水等，转化为一组组数学方程，依托超级计算机不断向未来推演。人们看到的每一张天气预报图，都源自数以亿计网格单元的海量计算。
数值预报的能力有多强，很大程度上决定着天气能提前多久被预见，局地强天气能被刻画到多细，也影响着月、季乃至更长时间尺度气候预测的水平。
2021年9月30日，中国气象局地球系统数值预报中心成立。中国气象局强调，要大力发展自主可控的地球系统数值预报模式。
五年间，全球、区域、集合和气候预测模式持续升级，自主观测资料应用能力不断增强，再分析产品补齐数据基础，人工智能、新型算力加速进入数值预报技术链条。
我国已基本建成技术自主可控、覆盖逐小时到年际尺度的天气气候无缝隙预报预测现代化业务体系。
五年答卷：预报更远、更准、更自主
先看一组数据。
2022年，中国气象局全球同化预报系统（CMA-GFS）北半球可用预报天数稳定达到7.8天；2026年上半年，北半球可用预报天数达到8.34天。
大气具有混沌特征，初始状态中的微小误差会随时间增长。全球预报每向前延伸一点，都需要资料同化、动力框架、物理过程等多项技术共同进步。
预报也在变得更加精准。
全国1公里、逐小时更新的中国气象局中尺度天气数值预报系统（CMA-MESO）投入业务运行，天气雷达资料占比约90%；3公里对流尺度集合预报实现业务化，暴雨概率预报能力提升10.1%。第三代气候预测系统投入业务运行，预测时效延伸至13个月。
全球模式、公里级区域模式、集合预报和气候预测，共同支撑起更加完整的业务链条。
支撑模式进步的，还有越来越丰富的自主观测资料。
五年来，CMA-GFS中卫星资料同化占比由78%提高到88%以上，其中风云气象卫星资料占比由12%提高到25%以上。
自主研发的快速辐射传输模式（ARMS）投入业务应用，全面支撑风云三号E、F、G星和风云四号B星等10余种国产卫星资料；北斗探空资料实现全球和区域数值预报同化应用；新一代卫星资料统一预处理系统可实时处理17台微波和红外高光谱仪器的数据。
观测、预处理、资料同化、模式预报，一条自主技术链日渐清晰。
另一项重要进展发生在大气再分析领域。
我国第一代全球大气和陆面再分析产品填补了自主全球再分析产品的空白。第二代系统进一步形成46年、12.5公里分辨率、逐小时输出的全球大气再分析数据集；中国区域大气再分析达3公里、逐小时分辨率，形成26年长序列产品。
这些数据已用于风能资源普查、气候研究和模式检验，也为人工智能气象模型训练提供基础数据。
人工智能也开始进入数值预报核心环节。
全球模式中计算量较大的短波辐射过程引入人工智能后，推理模块计算效率提高约5倍；融合大模型的大尺度环流在线松弛框架，使CMA-GFS可预报天数延长1.5天。区域3公里人工智能超分预报模型计算效率比区域数值模式有了很大提高；基于扩散模型发展的区域降尺度模型，72小时强降水预报精度超区域3公里的CMA-MESO模式。
物理模式与数据驱动相结合，正在打开数值预报新的技术空间。
更精细、更复杂的模式，还需要更强的计算能力。五年来，模式动力和物理核心模块完成图形处理器（GPU）化改造，并在国产众核中央处理器（CPU）和异构计算平台开展适配。
科技攻关的组织方式也在调整。数值预报科学指导委员会、联合工作专班、国省统筹研发等机制逐步建立，国家级业务科研单位、省级气象部门、高校、科研院所和企业参与联合攻关。
下一代模式MCV：给“数字地球”装国产内核
数值预报的工作原理，是将大气划分为密集网格，通过精准的数学算法推演风、温度、气压、水汽等气象要素的动态演变规律。通常而言，预报网格越细密，捕捉中小尺度灾害性天气的能力就越强，但分辨率提升往往伴随着计算量呈指数级增长。
高精度与高效率如何兼顾，长期以来是一道难题。
为此，数值预报中心自主研发下一代大气数值模式（MCV），缓解高分辨率预报与高算力消耗的固有矛盾，推动单一大气预报向天气—气候一体化地球系统模拟迭代升级。
MCV的核心基础，是原创自主的动力框架。
它依托原创的多矩约束有限体积算法，创新采用“全球立方球网格+区域经纬网格”的适配架构，实现全球与区域预报代码一体化统筹管理。
通俗来讲，这套原创算法可在单个网格单元内完成高精度气象要素重构，无需进行大量网格跨区插值，在保障大气物理守恒性、模拟结果稳定性的前提下，显著精简计算流程，降低算力消耗。
性能与效率，实现双重突破。
在同等初始场条件下，MCV10公里分辨率、10天中长期预报综合性能表现优异。在现有气象业务超算环境中，2小时内即可完成10公里分辨率10天预报运算；依托国产众核计算平台，5公里高精度10天预报运算时长可压缩至1小时内。
更快运算速度、更高预报精度，能够有效支持提前开展灾害天气研判，为灾害预警、防灾减灾、应急处置争取更多宝贵时间。
MCV还在突破技术边界。
它实现从单一大气圈层模拟，向海、陆、气、冰多圈层协同耦合地球系统模拟的跨越式升级，打破天气与气候预报的技术壁垒。
研发团队依托国产自主耦合器，搭建起基于MCV的全球海—陆—气—冰多圈层耦合模式框架，并完成近40年长期连续气候模拟试验。试验验证，该耦合模式能够较好再现全球气候平均态与季节变化特征，对热带季节内振荡（MJO）、厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）等关键次季节、年际气候变率，具备优异的模拟和预判能力。
这意味着，MCV不再只是单一天气预报工具，而是升级为兼顾短时天气预警、长期气候预测的综合模拟体系，构筑起国产“数字地球”气象模拟的核心雏形。
当前，MCV下一代数值模式已进入稳步迭代、准业务化落地的关键阶段。数值预报中心续深化核心技术攻关，力争2030年全面建成成熟稳定的天气气候一体化数值预报业务体系。
下一个五年，继续向未来“算”下去
2026年是“十五五”开局之年，也是数值预报中心成立五周年。
五年来，中心积累的不只是一批模式、算法和数据产品。
自主模式、自主观测、自主数据，以及不断发展的人工智能和计算技术，正在共同构筑我国数值预报的科技基础。
从“起跑点”到“无缝隙”，从单一大气到多圈层耦合，从7.8天到8.3天——
面向新的五年，中国自主数值预报还将继续拓展天气预报与气候预测的科学边界。
这块“中国芯”，正在把未来的天气，算得更远、更准、更清晰。
中国气象报社 出品
作者： 黄琬婷 唐淼 刘雅琪
编辑： 大淼 李悦 苗艳丽
审核： 段昊书
