計(jì)算機(jī)建模專家的目標(biāo)：讓美國(guó)的天氣預(yù)報(bào)處于領(lǐng)先地位

胡德良/編譯

計(jì)算機(jī)建模專家的目標(biāo)：讓美國(guó)的天氣預(yù)報(bào)處于領(lǐng)先地位

胡德良/編譯

● 氣候大師林先建的大氣網(wǎng)格如何統(tǒng)一天氣預(yù)報(bào)和氣候模型……

會(huì)議桌的下方傳來(lái)了來(lái)電提醒的單調(diào)聲音，有新的天氣預(yù)報(bào)傳過(guò)來(lái)。通常這不是氣候科學(xué)家的業(yè)務(wù)，但是現(xiàn)在他們也拿起電話查看：明天有雪，這對(duì)于2月初的新澤西州普林斯頓來(lái)說(shuō)并非不正常。但是，天氣模型顯示有大暴雪，降雪將達(dá)一英尺或更大?？磥?lái)下雪不可避免。

林先建坐在地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室（GFDL）的會(huì)議桌對(duì)面，他對(duì)此次天氣預(yù)報(bào)并不確信。他是20 000行計(jì)算機(jī)代碼的大師，這些代碼將大氣分成網(wǎng)格，能夠精確地解出描述全球氣旋方式的方程式。幾十年來(lái)，林先建的研究推動(dòng)了許多氣候模型的長(zhǎng)期模擬，包括GFDL的模型，這個(gè)模型是美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的王牌模型之一?，F(xiàn)在，林先建的研究領(lǐng)域擴(kuò)展到NOAA的另一個(gè)方面：國(guó)家氣象局（NWS）的短期天氣預(yù)報(bào)。到2018年，林先建的研究將會(huì)形成氣候和天氣預(yù)報(bào)的統(tǒng)一系統(tǒng)，既能夠預(yù)測(cè)明天的天氣狀況，也能夠預(yù)測(cè)一個(gè)世紀(jì)以后的氣候狀況，比當(dāng)前的模型更快、更好。他的研究將很快能夠指導(dǎo)市長(zhǎng)的計(jì)劃，計(jì)劃既包括鏟雪車也包括海平面的上升。

但是，林先建的研究早就開(kāi)始了，他的小團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在他們的超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了原型預(yù)測(cè)。通常，林先建的行為方式總是自信而快速，有關(guān)第二天的暴雪，他提供了少數(shù)派報(bào)告。

林先建宣布說(shuō)：“如果我們的預(yù)報(bào)是正確的，這場(chǎng)雪只有3至6英寸。”坐在桌旁的同行似乎有些懷疑，其中一個(gè)人警告說(shuō)：“預(yù)報(bào)會(huì)出現(xiàn)混亂的！”但是，林先建不肯讓步，也不需要做出讓步。他說(shuō)：“我們要看看明天的雪有到底多大，你要不要賭一把？”

情況到底如何，在很大程度上取決于林先建。最近，NWS遇到了一些明顯難堪的事情。例如：在2012年的時(shí)候，NWS預(yù)測(cè)颶風(fēng)桑迪會(huì)逐漸平息于海面上，而歐洲氣象中心準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出這場(chǎng)颶風(fēng)會(huì)直接襲擊紐約市。國(guó)會(huì)無(wú)法容忍美國(guó)在氣象預(yù)報(bào)上排名第二的現(xiàn)狀，2013年為NWS投資4 800萬(wàn)美元，讓其開(kāi)發(fā)天氣模型。這項(xiàng)投資為NOAA提供了明確的信息：要讓美國(guó)排名第一！

這一舉措開(kāi)辟了一個(gè)機(jī)會(huì)。長(zhǎng)期以來(lái)，氣象學(xué)家和氣候科學(xué)家在各自的領(lǐng)域開(kāi)展研究。氣象學(xué)家專注于速度：從衛(wèi)星、氣球和浮標(biāo)上獲取盡可能多的數(shù)據(jù)，然后快速將其轉(zhuǎn)化為天氣預(yù)報(bào)。氣候科學(xué)家專注于模型的物理方面，產(chǎn)生幾十年的氣候模擬。但是，目前在1個(gè)月到兩年的“次季節(jié)性和季節(jié)性”預(yù)報(bào)中，這兩個(gè)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了共同點(diǎn)。為了將天氣預(yù)報(bào)提前到10天左右，氣象學(xué)家需要?dú)夂蚰Ｐ吞峁┹^多的物理特性；同時(shí)，氣候科學(xué)家想知道，在1個(gè)月或1年的時(shí)間尺度上所產(chǎn)生的天氣現(xiàn)象（如厄爾尼諾）是如何影響全球氣候的。加州蒙特雷海軍研究實(shí)驗(yàn)室的大氣科學(xué)家約翰·米查拉克斯（John Michalakes）說(shuō)：“這兩個(gè)領(lǐng)域的人們有共同語(yǔ)言，他們意識(shí)到將會(huì)成敗與共?！?/p>

打破天氣和氣候之間的界限還有另外一個(gè)好處：氣候科學(xué)家不愿意明說(shuō)的好處。賓夕法尼亞州立大學(xué)天氣與氣候風(fēng)險(xiǎn)解決中心主任大衛(wèi)·蒂特利（David Titley）說(shuō)：盡管人類造成的氣候變化之說(shuō)面臨美國(guó)保守派政治家的審查和蔑視，但是天氣研究仍然受到各派的一致?lián)碜o(hù)。例如，就在2017年 4月，國(guó)會(huì)通過(guò)了一項(xiàng)天氣預(yù)報(bào)法案，其中規(guī)定NOAA要拿出2 650萬(wàn)美元的預(yù)算來(lái)改進(jìn)季節(jié)性預(yù)測(cè)，氣候變化的懷疑者也在法案支持者之列。蒂特利說(shuō)：“如果由我來(lái)掌管這個(gè)領(lǐng)域的話，我就會(huì)打破這種界限。”

林先建在模擬中從未進(jìn)行過(guò)區(qū)分。林先建的長(zhǎng)期合作者、密歇根大學(xué)安娜堡分校大氣科學(xué)家里基·魯?shù)拢≧icky Rood）稱：“從一開(kāi)始，我們就說(shuō)在天氣和氣候之間沒(méi)有區(qū)別?！钡?，其他人對(duì)這個(gè)觀念聽(tīng)不進(jìn)去，特別是聽(tīng)不進(jìn)林先建的觀念，因?yàn)樗拖裾蛦T那樣爭(zhēng)強(qiáng)好辯、易怒易躁。魯?shù)抡f(shuō)：“對(duì)我來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)莫大的驚喜，林先建可能會(huì)成為將天氣和氣候統(tǒng)一起來(lái)的人?！?/p>

林先建的一生就像風(fēng)暴那樣動(dòng)蕩不安。他從小長(zhǎng)大的地方（臺(tái)北）經(jīng)常有臺(tái)風(fēng)光顧，他一直對(duì)臺(tái)風(fēng)的力量極感興趣。他說(shuō)：“我的血液里都刮著颶風(fēng)！”林先建出生于 1958年，他的父母經(jīng)營(yíng)一家小型建筑公司，在他的家庭中他是第一個(gè)上大學(xué)的。作為臺(tái)灣大學(xué)的學(xué)生，他學(xué)習(xí)微處理器架構(gòu)、氣象學(xué)和流體力學(xué)，他迷上了利用不連續(xù)的0或1的計(jì)算機(jī)代碼系統(tǒng)來(lái)表達(dá)連續(xù)的氣流所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

林先建的模型可以以高分辨率模擬龍卷風(fēng)，如 2013年在俄克拉荷馬州穆?tīng)柕貐^(qū)發(fā)生的那場(chǎng)龍卷風(fēng)，造成了 24人死亡

當(dāng)時(shí)，臺(tái)灣實(shí)行獨(dú)裁統(tǒng)治，林先建加入了反對(duì)這種體制的學(xué)生組織。大學(xué)畢業(yè)后，他面臨著幾年的義務(wù)兵役生涯。他以優(yōu)異的成績(jī)通過(guò)了入伍考試，以為自己將會(huì)在臺(tái)北謀得一個(gè)輕松安逸的工程崗位。然而事與愿違，他被運(yùn)往距離中國(guó)大陸 16公里的馬祖列島。他算不上一位模范士兵，他討厭在隊(duì)伍集合的時(shí)候背誦政黨的政治主張。他說(shuō)：“你不得不假裝，不得不說(shuō)一些言不由衷的話?！?/p>

臺(tái)灣似乎沒(méi)有林先建的容身之地，于是他在1983年開(kāi)始就讀于俄克拉荷馬大學(xué)航空航天工程系，他能夠上得起的學(xué)校極少，這所院校是其中之一。他想當(dāng)一名火箭科學(xué)家，但是過(guò)渡是艱難的。跟英語(yǔ)相比，他更加注重學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，他感到了孤獨(dú)。他的口音問(wèn)題在溝通上是一種障礙，但這不是唯一的障礙。美國(guó)國(guó)家航空航天管理局（NASA）戈達(dá)德太空飛行中心氣象學(xué)家比爾·普特曼（Bill Putman）是林先建的另一位長(zhǎng)期合作者，他說(shuō)：“有些人往往覺(jué)得難以聽(tīng)懂林先建的話，但是這不一定是語(yǔ)言上的障礙，這更像是知識(shí)上的障礙。”看到林先建在計(jì)算流體力學(xué)方面有天分，他的導(dǎo)師建議他轉(zhuǎn)學(xué)到普林斯頓大學(xué)學(xué)習(xí)，該大學(xué)跟GFDL有合作關(guān)系，是學(xué)習(xí)大氣建模的理想場(chǎng)所。

林先建學(xué)習(xí)了GFDL的科學(xué)家如何將大氣沿著經(jīng)緯線分成3D網(wǎng)格，這些網(wǎng)格遍布全球，從地球表面延伸到平流層。沿著網(wǎng)格上的點(diǎn)位，他們?cè)O(shè)置初始條件（某一特定時(shí)刻的天氣或氣候狀況），然后，計(jì)算機(jī)就會(huì)一個(gè)點(diǎn)位一個(gè)點(diǎn)位地連續(xù)解出描述風(fēng)力、空氣壓力、溫度和濕度變化的方程式。當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的主機(jī)就有房間那么大，模型網(wǎng)格也是巨大的，方孔大小為500公里。這些模型只能重現(xiàn)最大規(guī)模的大氣特征，如急流和哈得來(lái)環(huán)流圈，后者是暖空氣從赤道地區(qū)流傳到亞熱帶。

研究生畢業(yè)后，林先建決定留在美國(guó)。他說(shuō)：“現(xiàn)在，與其說(shuō)我是臺(tái)灣人，倒不如說(shuō)我是美國(guó)人了?！彼韧考桑评锛尤肴藚?。他回到俄克拉荷馬大學(xué)，開(kāi)展龍卷風(fēng)建模的博士后工作。但是，當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)還無(wú)法模擬如此小規(guī)模的事件。失敗使人的銳氣受挫，但是林先建說(shuō)失敗也給他提供了一句真言：“在擁有資源的時(shí)候，選擇針對(duì)特定問(wèn)題的合適的復(fù)雜程度?！痹贜ASA，林先建很快發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在。

20世紀(jì)80年代末期，魯?shù)略贜ASA戈達(dá)德太空飛行中心研究南極臭氧空洞的問(wèn)題。NASA執(zhí)行研究任務(wù)的飛機(jī)飛入空洞去測(cè)量可能破壞臭氧的化學(xué)物質(zhì)。這些飛行任務(wù)發(fā)現(xiàn)：幾種短期活性的氮氧化物含量有所下降，這使得來(lái)自人造化學(xué)物質(zhì)中的氯留存下來(lái)，促進(jìn)了分解臭氧反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生。但是，魯?shù)碌拇髿饽Ｐ筒荒苣M流量和反應(yīng)情況。無(wú)論他怎么做，氮反應(yīng)物總是保持穩(wěn)定不變。

怎么會(huì)發(fā)生這樣的情況呢？當(dāng)時(shí)，一種叫作“譜方法”的精確數(shù)學(xué)方案超越了全球模擬。這種方案沒(méi)有在經(jīng)緯網(wǎng)格的點(diǎn)位上解決問(wèn)題，科學(xué)家意識(shí)到：大氣的流體流量可以表示為數(shù)百條正弦的縱橫波的總和。這種代碼運(yùn)行較快，運(yùn)算結(jié)果可以轉(zhuǎn)換回常規(guī)網(wǎng)格中。目前，譜方法仍然支持全球的大多數(shù)天氣預(yù)報(bào)，包括NWS的預(yù)報(bào)在內(nèi)。但是，這一運(yùn)行速度是有代價(jià)的：當(dāng)這些波發(fā)射回物理空間時(shí)，質(zhì)量可能會(huì)逐漸失去平衡。對(duì)于天氣模型來(lái)說(shuō)，只是預(yù)報(bào)未來(lái)幾天的情況，問(wèn)題并不大。但是對(duì)于大氣化學(xué)和氣候模型來(lái)說(shuō)，運(yùn)行的時(shí)間要長(zhǎng)得多，那么這種失衡就成為關(guān)鍵性的瑕疵。

對(duì)于魯?shù)聛?lái)說(shuō)，幸運(yùn)的是有一位年輕的臺(tái)灣科學(xué)家為他所發(fā)表的論著所吸引，給他寫了一封信。1992年，林先建作為承包人加入NASA的時(shí)候，兩者開(kāi)始創(chuàng)建一種模型，把保持質(zhì)量平衡放到首位。這么做首先意味著放棄了譜方法，還意味著從揭示網(wǎng)格點(diǎn)位的有限差分模擬升級(jí)到揭示每個(gè)網(wǎng)格整體平均狀況的有限體積模擬，這種模擬真正適于保持質(zhì)量平衡，因?yàn)橛?jì)算時(shí)要將物質(zhì)流量從一個(gè)網(wǎng)格延伸到另一個(gè)網(wǎng)格。其他研究人員也考慮過(guò)利用這樣的解決方案，但是他們認(rèn)為這么做太復(fù)雜，在計(jì)算上付出的代價(jià)會(huì)很大。

然而，林先建是一位高效計(jì)算大師。20世紀(jì)90年代中期，經(jīng)過(guò)幾年的努力奮斗，他和魯?shù)聰U(kuò)展了他們的模型至完整的動(dòng)力核心，超越了目前仍然作為標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)傳輸，在速度上足以用作氣候模型。GFDL的氣溶膠建模師保羅·吉諾克斯 （Paul Ginoux）也在戈達(dá)德太空飛行中心跟林先建進(jìn)行合作，他說(shuō)：“如果輸入空氣中的一粒塵埃，這種代碼就會(huì)在正確的位置、正確的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行傳輸，做到這一點(diǎn)是很棒的！”但是，這種代碼的名字要平淡得多，他們稱之為“FV”代表“有限體積”，后來(lái)改稱為“FV3”。

他們的研究成果很快引起了科羅拉多州博爾德國(guó)家大氣研究中心（NCAR）的關(guān)注，該中心是美國(guó)研究天氣和氣候科學(xué)的領(lǐng)先機(jī)構(gòu)之一。NCAR將FV引進(jìn)其富有影響力的氣候模型中，位于紐約市的 NASA氣候?qū)嶒?yàn)室也采用了這種代碼。2003年，GFDL通過(guò)人才引進(jìn)把林先建請(qǐng)過(guò)去，將FV升級(jí)，然后把它用于該實(shí)驗(yàn)室的全球模擬系統(tǒng)中。這些模型的成果（美國(guó)對(duì)聯(lián)合國(guó)氣候變化專家組的主要貢獻(xiàn)之一）在很大程度上澄清了公眾對(duì)全球變暖的看法，這些成果都是以林先建的創(chuàng)新為基礎(chǔ)的。

在NOAA，人們用術(shù)語(yǔ)“防災(zāi)預(yù)算”描述國(guó)會(huì)資助天氣研究的反應(yīng)方式。這個(gè)術(shù)語(yǔ)并不動(dòng)聽(tīng)，但說(shuō)明：大氣建模的合二為一從根本上來(lái)講是由颶風(fēng)卡特里娜和桑迪所帶來(lái)的災(zāi)難促成的。

2005年，NWS沒(méi)能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)颶風(fēng)卡特里娜對(duì)路易斯安那州新奧爾良的直接襲擊。兩天后，國(guó)會(huì)撥出資金，用于改進(jìn)對(duì)大西洋颶風(fēng)的預(yù)測(cè)。碰巧，也正是在這個(gè)時(shí)候，林先建走進(jìn)了 GFDL主任艾薩克·赫爾德（Isaac Held）的辦公室，他宣稱：“我要對(duì)天氣預(yù)測(cè)實(shí)施變革。”這個(gè)時(shí)候的計(jì)算機(jī)能夠處理小型網(wǎng)格，足以模擬颶風(fēng)。更重要的是，林先建開(kāi)發(fā)了一套關(guān)鍵的物理方法，該方法適合于利用FV3來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)際的颶風(fēng)。許多全球預(yù)測(cè)模型都是利用一種叫作“流體靜力學(xué)原理”的假設(shè)來(lái)運(yùn)行。該理論認(rèn)為：任何網(wǎng)格里的空氣重力跟網(wǎng)格底部氣壓所產(chǎn)生的向上浮力正好是平衡的。這個(gè)原理對(duì)于粗略的模型來(lái)說(shuō)是有效的，但是它不能直接用于模擬真實(shí)大氣中上下流動(dòng)的細(xì)微氣流。模擬像颶風(fēng)和雷暴這樣的天氣事件需要打破流體靜力學(xué)原理，因?yàn)檫@樣的事件中，上升氣流是很重要的。經(jīng)過(guò)10年的反復(fù)考慮，林先建最終找到一個(gè)有效的方法，將非靜力氣流加入代碼中。

林先建需要對(duì)其模型進(jìn)行測(cè)試。在佛羅里達(dá)州邁阿密NOAA大西洋海洋與氣象實(shí)驗(yàn)室主持颶風(fēng)研究工作的弗蘭克·馬克斯（Frank Marks）在監(jiān)督大西洋沿岸地區(qū)颶風(fēng)模型的改進(jìn)情況。林先建說(shuō)服馬克斯利用卡特里娜颶風(fēng)的研究資金購(gòu)買額外的超級(jí)計(jì)算機(jī)，并向他保證：在分辨率為1公里的情況下運(yùn)行FV3，會(huì)呈現(xiàn)出颶風(fēng)最完整的細(xì)節(jié)。

放大風(fēng)暴

FV3模型將大氣分成網(wǎng)格，可以模擬每一個(gè)網(wǎng)格中的天氣狀況。為了避免兩極地區(qū)出現(xiàn)的問(wèn)題，其坐標(biāo)系采用了將球體立方化的方式。此外，這個(gè)程序可以通過(guò)嵌入網(wǎng)格來(lái)模擬不同尺度范圍的天氣狀況。

2014年，NOAA宣布要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)的方式來(lái)選擇下一代天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的“核心模型”。此時(shí)，林先建早已做好了準(zhǔn)備。有5個(gè)模型參選，包括FV3在內(nèi)。到2015年夏季，F(xiàn)V3成為兩個(gè)水平領(lǐng)先的模型之一，另外一個(gè)是“全部尺度預(yù)測(cè)模型（MPAS）”，這是NCAR創(chuàng)建的全球化長(zhǎng)期預(yù)測(cè)體系，很多研究人員都使用這個(gè)體系。對(duì)這些模型的判斷，要依靠模仿大氣流動(dòng)的速度和準(zhǔn)確性。

在 6個(gè)月的時(shí)間里，林先建平靜的辦公室里變得異常熱鬧。為了將 FV3嵌入天氣服務(wù)系統(tǒng)中，他的研究小組在夜晚和周末都加班加點(diǎn)地工作。林先建說(shuō)：“從科學(xué)的立場(chǎng)上來(lái)講，我從來(lái)都沒(méi)有想過(guò)我們會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中輸?shù)?。”他的模型具有一個(gè)優(yōu)勢(shì)——高效。高效也正是林先建的執(zhí)著追求，這不僅僅是他在工作上的追求：颶風(fēng)桑迪的襲擊使他簡(jiǎn)樸的家中斷了電，他拒絕使用普通的發(fā)電機(jī)，而是把豐田普銳斯汽車的電連接到他的家庭線路系統(tǒng)中。他解釋說(shuō)：這臺(tái)汽車的電池會(huì)確保發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的額外電量不會(huì)浪費(fèi)掉。

為了使FV3充分利用有限的計(jì)算能力，林先建及其團(tuán)隊(duì)編寫的代碼以平行方式運(yùn)行。這對(duì)于全球性模型來(lái)說(shuō)是相當(dāng)困難的，因?yàn)橐粋€(gè)網(wǎng)格里的天氣狀況可能會(huì)影響半球之外的另一個(gè)網(wǎng)格。但是在垂直的方向上，這種相互關(guān)聯(lián)性不是大問(wèn)題。因此，林先建能夠使FV3的層與層之間相互分離，以平行的方式進(jìn)行處理。通過(guò)改變網(wǎng)格的形狀，林先建獲得了更高的效率。所謂的“極地問(wèn)題”困擾著氣候模型的建立，這個(gè)問(wèn)題是由極地附近奇特的扁平拉伸網(wǎng)格造成的。因此，林先建和他以前的NASA同事普特曼放棄了那種經(jīng)緯體系，采取了球體立方體系，就像六面體的氣球。這樣就沒(méi)有什么極地問(wèn)題需要處理了，只有六個(gè)方塊在接縫處發(fā)生著微妙的相互作用。

最終結(jié)果：跟MPAS相比，F(xiàn)V3在規(guī)范運(yùn)行狀態(tài)下只占用了 1/3的計(jì)算機(jī)處理器。據(jù)測(cè)量，對(duì)于大量的處理器來(lái)講，F(xiàn)V3的效率更高，而且它能夠擴(kuò)展到以高分辨率模擬全球某個(gè)地區(qū)的狀況，在地貌不規(guī)則的地區(qū)也不會(huì)使其性能出現(xiàn)偏差。2016年7月，在NOAA指定FV3勝出之前，NCAR就已經(jīng)退出競(jìng)爭(zhēng)。主持計(jì)算對(duì)比的米查拉克斯說(shuō)：“沒(méi)有任何確鑿的證據(jù)表明 MPAS具有成本優(yōu)勢(shì)。 ”

在競(jìng)爭(zhēng)期間，林先建曾經(jīng)抱怨NOAA偏向于MPAS?，F(xiàn)在，他可以高調(diào)地談?wù)撟约旱膭倮?。他說(shuō)：“在這個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，多數(shù)人都不尊重我們的研究工作。”隨著NCAR的落敗，林先建現(xiàn)在面臨更強(qiáng)勁的對(duì)手：英國(guó)氣象局和歐洲中期預(yù)測(cè)中心。自從20世紀(jì)90年代初期以來(lái)，英國(guó)氣象局一直是將天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)結(jié)合在一起的唯一機(jī)構(gòu)。長(zhǎng)期以來(lái)，歐洲中期預(yù)測(cè)中心一直運(yùn)行頂級(jí)的天氣預(yù)報(bào)模型。

這一次，他將會(huì)需要幫助。

跟其他建模師一樣，歐洲建模師也是始于利用相同的氣球、衛(wèi)星和地面的測(cè)量數(shù)據(jù)。但是，他們往初始天氣條件中注入了隨機(jī)性因素，然后經(jīng)過(guò)多輪模擬運(yùn)行，形成具有共識(shí)的預(yù)報(bào)。要想使美國(guó)達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)，就需要贏得美國(guó)研究人員的支持，提供創(chuàng)新技術(shù)，便于林先建及同事用于自己的模型。

然而，西雅圖華盛頓大學(xué)的大氣科學(xué)家克利夫·馬斯（Cliff Mass）稱：還存在一種風(fēng)險(xiǎn)：具有學(xué)術(shù)背景的天氣科學(xué)家可能會(huì)不肯使用FV3，相反他們可能會(huì)繼續(xù)使用MPAS，他們更加習(xí)慣該模型的原代碼和文檔。過(guò)去，林先建曾經(jīng)表示不愿意分解自己的代碼，這也加重了人們的擔(dān)憂情緒。馬斯說(shuō)：“林先建是一位才華橫溢的建模師，他不怎么依靠團(tuán)體的支持?！钡?，普特曼認(rèn)為，林先建將會(huì)欣然接受真正的改進(jìn)意見(jiàn)。他說(shuō)：“如果他見(jiàn)到有一種方法能夠?qū)⑺拇a向前推進(jìn)一步，我敢肯定，他會(huì)樂(lè)意采用的。”

在之后的專題討論會(huì)上，NWS將會(huì)制定出運(yùn)行FV3的時(shí)間表。到2017年5月份，F(xiàn)V3應(yīng)該能夠完全融入NWS的數(shù)據(jù)同化算法中。到2018年上半年，如果一切順利，NOAA將會(huì)啟動(dòng)天氣預(yù)報(bào)開(kāi)關(guān)，使其成為發(fā)送到所有手機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)報(bào)。

同時(shí)，林先建的團(tuán)隊(duì)需要繼續(xù)進(jìn)一步完善FV3，他們正在開(kāi)發(fā)一種更加強(qiáng)大的縮放技術(shù)——允許在感興趣的區(qū)域上空創(chuàng)建由高分辨網(wǎng)格構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)格的每個(gè)邊長(zhǎng)為2至3公里。這樣能夠在進(jìn)行全球預(yù)測(cè)的同時(shí)進(jìn)行高分辨颶風(fēng)預(yù)報(bào)，不必等到全球預(yù)測(cè)結(jié)束后再預(yù)測(cè)颶風(fēng)。該模型還能夠捕捉到龍卷風(fēng)和大型風(fēng)暴，這些天氣對(duì)于此前的全球性模型來(lái)說(shuō)太過(guò)細(xì)膩，無(wú)法進(jìn)行模擬。林先建說(shuō)：“我們擁有幾分雄心壯志，我們正在努力使其涵蓋一切天氣狀況。 ”

在GFDL的屏幕上，林先建的副手盧卡斯·哈里斯（Lucas Harris）正在放大俄克拉荷馬州，一個(gè)嵌套的FV3網(wǎng)格正在重現(xiàn)該州于2013年5月的龍卷風(fēng)事件。2013年5月，一場(chǎng)嚴(yán)重的龍卷風(fēng)穿越俄克拉荷馬州的穆?tīng)柕貐^(qū)，使 24人喪生。隨著模型的運(yùn)行，分散的風(fēng)暴形成一道颮線，然后砧狀云形成，來(lái)自雷暴單體的龍卷風(fēng)自上而下觸及穆?tīng)柕貐^(qū)。接下來(lái)，哈里斯變換地點(diǎn)和時(shí)間，變換到2012年6月的美國(guó)東部地區(qū)，當(dāng)時(shí)一場(chǎng)風(fēng)暴（所謂的“德雷科”）讓天氣預(yù)報(bào)人員猝不及防，在某些地區(qū)造成停電一周的嚴(yán)重后果。通過(guò)該模型提前將近三天的時(shí)間就觀察到了這場(chǎng)風(fēng)暴的跡象。哈里斯說(shuō)：“以前，專家認(rèn)為對(duì)這類事件的預(yù)測(cè)僅僅能夠提前12個(gè)小時(shí)?！?/p>

到目前為止，這些模擬結(jié)果留在了實(shí)驗(yàn)室，而林先建正在盡力宣傳他的成果。在2017年颶風(fēng)來(lái)襲的季節(jié)，他的模型將與現(xiàn)有的地方颶風(fēng)模型一道運(yùn)行。下個(gè)月，林先建將要返回俄克拉荷馬州去進(jìn)行“春季實(shí)驗(yàn)”，這是由研究強(qiáng)勁風(fēng)暴的科學(xué)家參與的一次大型研究活動(dòng)，目的是測(cè)試如何利用縮放技術(shù)來(lái)幫助地方的天氣預(yù)報(bào)員。

所有這種合作、這種依靠外界做貢獻(xiàn)的事情都會(huì)使林先建感到緊張。他的模型就要走出實(shí)驗(yàn)室了，要到變化無(wú)常的真實(shí)世界中。從未來(lái)一周的龍卷風(fēng)到未來(lái) 10年的氣溫上升，該模型能否成為所有天氣和氣候預(yù)測(cè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)呢？林先建說(shuō)：“對(duì)此，我感到謹(jǐn)慎樂(lè)觀，但不會(huì)過(guò)于樂(lè)觀?！?/p>

第二天早晨出現(xiàn)了好兆頭：降雪覆蓋了普林斯頓，景觀很美麗，而且積雪也不難處理——將近6英寸厚，而不是一英尺或更厚。林先建禁不住對(duì)那天的天氣做了最終的評(píng)論，他寫道：“降雪不像他們預(yù)報(bào)的那么大。”

[資料來(lái)源：Science][責(zé)任編輯：岳 峰]