美國(guó)跨部門海洋預(yù)報(bào)能力計(jì)劃概況及對(duì)我國(guó)的啟示

潘 嵩

（國(guó)家海洋信息中心，天津 300171）

引 言

準(zhǔn)確的海洋預(yù)報(bào)是保證一切海上活動(dòng)順利開展的基礎(chǔ)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防軍事活動(dòng)對(duì)海洋環(huán)境信息的需求驅(qū)動(dòng)著海洋預(yù)報(bào)技術(shù)的不斷發(fā)展。社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)海洋預(yù)報(bào)的需求包括：海洋環(huán)境要素業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)，區(qū)域和全球氣候變化預(yù)測(cè)及研究，海上航運(yùn)、漁業(yè)、旅游、石油天然氣開采等活動(dòng)的保障服務(wù)，海上搜救、溢油等應(yīng)急管理支撐。國(guó)防軍事活動(dòng)對(duì)海洋預(yù)報(bào)的需求有：艦艇的航行安全、作戰(zhàn)訓(xùn)練、武器裝備性能的發(fā)揮、維護(hù)國(guó)家海上權(quán)益、海外救援等。正因諸多涉海部門對(duì)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)的需求有著諸多重合的方面，使之成為海洋領(lǐng)域跨部門合作的一個(gè)重要切入點(diǎn)。本文嘗試在介紹目前美國(guó)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)跨部門合作歷史及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從中得到一些做好我國(guó)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)領(lǐng)域跨部門合作的良好借鑒。

1 美國(guó)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)跨部門合作歷史概況

美國(guó)在環(huán)境預(yù)報(bào)方面的跨部門合作最早起源于天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域。1954年美國(guó)國(guó)家氣象局聯(lián)合空軍、海軍的氣象服務(wù)機(jī)構(gòu)組成了聯(lián)合數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中心（Joint Numerical Weather Prediction Unit），但該機(jī)構(gòu)僅運(yùn)行了4年即告夭折，隨后上述三方分別組建了自己的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)力量。1964年，聯(lián)邦氣象辦公室（Office of the Federal Coordinator for Meteorology，OFCM）宣告成立，雖然該組織在氣象雷達(dá)研制、熱帶氣旋研究等領(lǐng)域取得了一定進(jìn)展，但也未能起到最初預(yù)想的聯(lián)合各方研究力量的作用。

自20世紀(jì)90年代以來，隨著衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)海量化、數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)功能多樣化和計(jì)算資源大型化，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)的規(guī)模不斷擴(kuò)大。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的發(fā)展也呈現(xiàn)專業(yè)化趨勢(shì)，逐步衍生出高分辨率中尺度模式、全球模式、氣候模式等，同時(shí)由確定性預(yù)報(bào)向集合概率型預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)變。需求方面，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防軍事活動(dòng)對(duì)天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度、時(shí)效性要求越來越高，定制化、精細(xì)化數(shù)值天氣預(yù)報(bào)服務(wù)不斷涌現(xiàn)。而各預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)之間的交流合作卻停滯不前，甚至在部門機(jī)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)經(jīng)費(fèi)資助的不良競(jìng)爭(zhēng)。因此，組建跨機(jī)構(gòu)聯(lián)合預(yù)報(bào)單位的計(jì)劃又再次被提及。在此期間，美國(guó)國(guó)會(huì)通過立法和行政手段，推動(dòng)了一系列機(jī)構(gòu)間合作計(jì)劃的實(shí)施。

美國(guó)國(guó)會(huì)于1996年實(shí)施了國(guó)家海洋學(xué)伙伴關(guān)系計(jì)劃（National Oceanographic Partnership Program，NOPP）。該計(jì)劃的目標(biāo)是通過提高對(duì)海洋的認(rèn)知，來為國(guó)防安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)民生活水平提高、教育和科普等領(lǐng)域服務(wù)。美國(guó)國(guó)防部下屬的陸軍工程兵部隊(duì)（United States Army Corps of Engineers，USACE）、海岸警衛(wèi)隊(duì)（United States Coast Guard，USCG） 和海軍研究局（Office of Naval Research） 作為主要成員參與其中。NOPP的一個(gè)重要貢獻(xiàn)是在美國(guó)全球海洋數(shù)據(jù)同化實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（U.S.Global Ocean Data Assimilation Experiment，U.S.GODAE） 的資助下，通過建立部門間合作機(jī)制，建設(shè)了基于HYCOM模式的海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)現(xiàn)已用于美國(guó)海軍和美國(guó)國(guó)家天氣預(yù)報(bào)中心的業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)工作。

2000年，美國(guó)氣候變化與可預(yù)測(cè)性研究計(jì)劃 （US Climate Variability and Predictability，USCLIVAR）實(shí)施，海軍研究局是其主要資助單位之一。該計(jì)劃關(guān)注全球氣候在不同時(shí)間尺度的可變性和可預(yù)測(cè)性，重點(diǎn)關(guān)注海洋在氣候變化中所起作用。美國(guó)CLIVAR計(jì)劃擴(kuò)充了于1989年實(shí)施的全球變化研究項(xiàng)目（US Global Change Research Program，USGCRP） 的內(nèi)容，并向聯(lián)合國(guó)氣候研究計(jì)劃（the World Climate ResearchProgram，WRCP）提供相關(guān)的研究成果。

2010年，環(huán)境資源與可持續(xù)利用委員會(huì)（Committee on Environment，Natural Resources，and Sustainability，CENRS） 在美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)（National Science and Technology Council，NSTC） 指導(dǎo)下成立。該組織成立旨在推動(dòng)自然環(huán)境、自然資源和可持續(xù)利用領(lǐng)域的科技研發(fā)、成果應(yīng)用與交流合作。在CENRS的框架下，一些下屬的專業(yè)委員會(huì)也相繼成立，涉及空氣質(zhì)量、極地研究、防災(zāi)減災(zāi)、水資源管理、海洋科學(xué)、地球觀測(cè)等領(lǐng)域[1]。

同時(shí)，在具體個(gè)案合作層面，美國(guó)也做出了一些嘗試，這其中具有代表性的當(dāng)屬美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Center for Environmental Prediction，NCEP） 和海軍艦隊(duì)數(shù)值氣象海洋中心（Fleet Numerical Meteorology and Oceanography，F(xiàn)NMOC） 聯(lián)合發(fā)布的集合風(fēng)浪預(yù)報(bào)產(chǎn)品NFCENS（NCEP-FNMOC multicenter wind-wave ensemble system）。NFCENS整合了來自FNMOC和NCEP的有效波高預(yù)報(bào)產(chǎn)品。兩者均采用第三代海浪模式WAVEWATCHⅢ，采取相同的模式配置和計(jì)算區(qū)域，區(qū)別在于兩者使用的氣象驅(qū)動(dòng)場(chǎng)來自不同的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)[2]。

但是，以上這些計(jì)劃和項(xiàng)目的實(shí)施沒能從根本上解決各機(jī)構(gòu)間研發(fā)和業(yè)務(wù)化運(yùn)用等方面的合作問題。因此，美國(guó)海洋與大氣管理局、空軍、海軍三方于2008年簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同發(fā)起了國(guó)家統(tǒng)一業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)能力計(jì)劃（National Unified Operational Prediction Capability，NUOPC）[3]。

2 NUOPC計(jì)劃

2.1 NUOPC計(jì)劃簡(jiǎn)介

NUOPC計(jì)劃旨在通過建立各機(jī)構(gòu)之間的合作，統(tǒng)籌考慮各方共性需求，將業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)、科學(xué)研究納入統(tǒng)一框架內(nèi)，建立國(guó)家層面的多模塊集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)，將參與合作各方合計(jì)60多種全球氣象模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品整合為統(tǒng)一空間分辨率和時(shí)間序列。該計(jì)劃設(shè)想使用聯(lián)合集成預(yù)報(bào)達(dá)到以下效果：（1）顯著提高預(yù)報(bào)精度；量化、減少預(yù)報(bào)不確定性；（2）提供最大概率預(yù)報(bào)，如極端天氣預(yù)報(bào)；（3）提供專題集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品；（4）為地區(qū)和局部高分辨率預(yù)報(bào)提供服務(wù)；（5）為其他下游模式和決策提供服務(wù)；（6）制定國(guó)家層面的研究規(guī)劃，吸納更多研究團(tuán)隊(duì)加入；（7）通過成果轉(zhuǎn)化體制創(chuàng)新，加速高新技術(shù)在各自業(yè)務(wù)中心的業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

2.2 NUOPC成員組成

NUOPC成員由美國(guó)國(guó)家大氣與海洋管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）、美國(guó)海軍 （U.S.Navy）、美國(guó)空軍（U.S.AirForce）各自相關(guān)的業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)組成。

NOAA下屬的國(guó)家氣象局（NationalWeather Service，NWS） 提供氣象、水文和氣候預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，保護(hù)民眾人身和財(cái)產(chǎn)安全，保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。美國(guó)國(guó)家氣象局的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品構(gòu)成了國(guó)家級(jí)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)設(shè)施，供其他政府機(jī)構(gòu)、私人部門、公眾和國(guó)際組織使用。其下屬的國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP） 負(fù)責(zé)氣象數(shù)據(jù)歸口管理，供用戶分析、制作種類繁多的環(huán)境保障信息產(chǎn)品。同時(shí)，NCEP還負(fù)責(zé)將這些保障、預(yù)報(bào)、預(yù)警和分析產(chǎn)品分發(fā)到眾多的用戶和合作機(jī)構(gòu)。

美國(guó)海軍海洋學(xué)家組織（The Oceanography of the Navy）與海軍氣象學(xué)與海洋學(xué)司令部（Commander Naval Meteorology and Oceanogra phy Command，CNMOC） 緊密合作，致力于美國(guó)海軍海洋學(xué)計(jì)劃（Naval Oceanography Program）的施行。艦隊(duì)數(shù)值氣象水文中心FN MOC提供每6 h的全球氣象和海洋數(shù)值和預(yù)報(bào)產(chǎn)品，保證艦隊(duì)安全、作戰(zhàn)效率和國(guó)家安全。

空軍氣象局（Air Force Weather Agency，AFWA）是美國(guó)空軍的氣象業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，其任務(wù)是利用及時(shí)的、精確的和相關(guān)的氣象信息使得美軍在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)的實(shí)力最大化。AFWA將及時(shí)準(zhǔn)確可靠的環(huán)境狀況信息提供給空軍、陸軍、聯(lián)合作戰(zhàn)人員、聯(lián)合指揮部、國(guó)家智庫(kù)機(jī)構(gòu)和國(guó)防部長(zhǎng)。AFWA構(gòu)建了一個(gè)綜合氣象數(shù)據(jù)中心，整合了預(yù)報(bào)、氣候態(tài)和太空氣象產(chǎn)品，這些產(chǎn)品和服務(wù)被國(guó)防部用于全球軍事行動(dòng)、緊急任務(wù)執(zhí)行等。

2.3 NUOPC管理模式

NUOPC的組織架構(gòu)見圖1。NUOPC通過設(shè)立一系列跨部門的專業(yè)委員會(huì)和工作小組來保證各方的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中包括技術(shù)轉(zhuǎn)化委員會(huì)（Technology Transition Processes Committee，TTP）、通用模式架構(gòu)委員會(huì)（Common Model Architecture Committee，CMA）、標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（Content Standards Committee，CSC）、統(tǒng)一運(yùn)行委員會(huì)（Unified Ensemble Operation Committee，UEO），本文在這方面做著重介紹。

圖1 NUOPC組織架構(gòu)

技術(shù)轉(zhuǎn)化委員會(huì)TTP負(fù)責(zé)在其他研究團(tuán)體和成員的研發(fā)業(yè)務(wù)中心之間建立良好的合作和互動(dòng)機(jī)制，使得成員能夠在最短時(shí)間內(nèi)得益于最近的研究成果。TTP的主要工作包括：（1）基于業(yè)務(wù)需求制定國(guó)家研發(fā)戰(zhàn)略；（2）擴(kuò)展與其他研究團(tuán)體的合作；（3）建立標(biāo)準(zhǔn)化的配置管理和技術(shù)轉(zhuǎn)化流程；（4）出臺(tái)新技術(shù)適用性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)轉(zhuǎn)化委員會(huì)TTP下設(shè)三個(gè)附屬機(jī)構(gòu)：（1）研究需要專家小組：協(xié)助制定國(guó)家研發(fā)戰(zhàn)略，管理NUOPC的伙伴關(guān)系計(jì)劃；（2）研究轉(zhuǎn)化團(tuán)隊(duì)，執(zhí)行轉(zhuǎn)化程序，審查各機(jī)構(gòu)的配置管理需求，管理NUOPC的訪問學(xué)者計(jì)劃；（3）科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)委員會(huì)：制定統(tǒng)一的預(yù)報(bào)結(jié)果評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和方法。技術(shù)轉(zhuǎn)化委員會(huì)成員由三個(gè)成員機(jī)構(gòu)和國(guó)家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR），國(guó)家航天航空局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）以及其他科學(xué)團(tuán)體的代表組成。

通用模式架構(gòu)委員會(huì)CMA負(fù)責(zé)定義一個(gè)具有可拓展性的實(shí)體架構(gòu)，用來實(shí)現(xiàn)天氣預(yù)報(bào)各個(gè)組分之間的可互動(dòng)性。該實(shí)體架構(gòu)被定義為科學(xué)意義上的組分集合，需要明確各個(gè)組分包含的流程及與其他組分之間的關(guān)系。CMA成員來自各大模式研發(fā)機(jī)構(gòu)，如NOAA的環(huán)境模式中心（EnvironmentalModelingCenter，EMC）、地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Geophysical Fluid Dynamics Laboratory，GFDL） 和地球系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室（Earth System Research Laboratory，ESRL）、海軍研究實(shí)驗(yàn)室（Naval Research Laboratory，NRL）、NASA 的太空飛行中心全球建模與同化辦公室（Goddard Space Flight Center Global Modeling and Assimilation Office，GMAO）以及來自大學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究團(tuán)隊(duì)。

標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)CSC主要負(fù)責(zé)NUOPC互用性標(biāo)準(zhǔn)的建立和完善，如元數(shù)據(jù)、文檔、物理常數(shù)和其他需要通用數(shù)值和格式的領(lǐng)域。標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)需要與地球系統(tǒng)模型框架系統(tǒng)（Earth System Modeling Framework，ESMF） 的核心開發(fā)團(tuán)隊(duì)（Core Development Team，CDT） 進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保系統(tǒng)的開發(fā)符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，CSC需要與CMA合作，保證制定的標(biāo)準(zhǔn)能夠適用于未來的預(yù)報(bào)系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)成員由三個(gè)成員機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)中心和研發(fā)機(jī)構(gòu)，其他政府機(jī)構(gòu)如美國(guó)宇航局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）、國(guó)家能源部（DepartmentofEnergy，DOE）、聯(lián)邦航空管理局（FederalAviationAdministration）、國(guó)家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）以及大學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域研究團(tuán)隊(duì)組成。

統(tǒng)一運(yùn)行委員會(huì)的職責(zé)是確保上述三個(gè)委員會(huì)在具體問題上的協(xié)同合作，包括信息安全和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行（Information Assurance and Network Operations）、集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作（Ensemble Production）、集合產(chǎn)品后期處理（Ensemble Post-Production）。UEO針對(duì)上述三個(gè)方面設(shè)立對(duì)應(yīng)的工作小組，并在成員機(jī)構(gòu)派駐具有專業(yè)背景的代表。

3 N-ESPC計(jì)劃

3.1 N-ESPC計(jì)劃簡(jiǎn)介

2010年，在起初NUOPC的基礎(chǔ)上，通過新增成員機(jī)構(gòu)美國(guó)宇航局（NASA）、國(guó)家能源部（DoE）和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation，NSF），美國(guó)發(fā)起了地球系統(tǒng)預(yù)報(bào)能力計(jì)劃（The Earth System Prediction Capability，ESPC）。該計(jì)劃旨在促進(jìn)聯(lián)邦政府資助的各研究機(jī)構(gòu)和業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)團(tuán)體的合作，通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)整合全美的全球氣象模式，利用高性能大型計(jì)算能力，耦合各類海洋、陸地、冰和空間模式，建立和發(fā)展一個(gè)綜合性的地球物理預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提升全球氣候和天氣預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)能力和科研水平。ESPC的建設(shè)目標(biāo)如下：（1）通過數(shù)據(jù)融合、模式耦合技術(shù)建立一個(gè)集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)；（2）設(shè)計(jì)一套能夠滿足各成員能力需要的統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；（3）為制定全國(guó)性的提升預(yù)報(bào)能力的研究規(guī)劃提供幫助；（4）致力于政府機(jī)構(gòu)、研究團(tuán)體之間的學(xué)術(shù)交流[4]。

由于NUOPC和ESPC之間在工作內(nèi)容和成員上有很多重合，2014年NUOPC與ESPC正式合并為國(guó)家地球系統(tǒng)預(yù)報(bào)能力計(jì)劃（National ESPC，N-ESPC）。與ESPC相比，除了繼續(xù)強(qiáng)調(diào)提高各機(jī)構(gòu)之間的合作之外，N-ESPC更加看重滿足不同成員機(jī)構(gòu)對(duì)不同時(shí)間尺度的預(yù)報(bào)要求：從天氣尺度、亞季節(jié)尺度、季節(jié)季度、年際尺度再到氣候尺度，從交通運(yùn)輸、應(yīng)急管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源開發(fā)、水資源利用等民用領(lǐng)域到國(guó)防安全、海上軍事行動(dòng)等軍事領(lǐng)域 （圖 2）。

圖2 決策需求與預(yù)報(bào)時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系

由于不用部門對(duì)預(yù)報(bào)的空間和時(shí)間尺度的需求差異，目前的技術(shù)還不足以開發(fā)一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)空跨度如此廣闊的獨(dú)立預(yù)報(bào)系統(tǒng)，因此N-ESPC的最終目標(biāo)是將不同時(shí)間尺度、不同分辨率的預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行整合，形成一套基于多套數(shù)值預(yù)報(bào)模式的組系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球系統(tǒng)的所有圈層（大氣、海洋、陸地）的物理現(xiàn)象的數(shù)值模擬，從而為不同機(jī)構(gòu)和個(gè)人提供現(xiàn)實(shí)和預(yù)報(bào)信息產(chǎn)品服務(wù)。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，該組系統(tǒng)需要建立一個(gè)通用的模型架構(gòu)來保證各組分之間的互通性，同時(shí)還要做好通過數(shù)據(jù)同化、數(shù)值模擬、后處理、產(chǎn)品制作等多方面的網(wǎng)絡(luò)整合工作。

3.2 N-ESPC成員組成

NSF作為國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)算倡議（NationalStrategic Computing Initiative，NSCI） 的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，委托其下屬的地球科學(xué)理事會(huì)（Geoscience Directorate） 負(fù)責(zé)N-ESPC中的數(shù)據(jù)同化和預(yù)測(cè)科學(xué)的相關(guān)工作，負(fù)責(zé)為N-ESPC掃除分布式計(jì)算、存儲(chǔ)以及集合預(yù)報(bào)中的技術(shù)障礙。

NASA擁有的大量觀測(cè)數(shù)據(jù)、強(qiáng)大的計(jì)算模型、數(shù)據(jù)同化技術(shù)和再分析技術(shù)，這對(duì)于地球系統(tǒng)模式來說至關(guān)重要。如NASA和DOE合作的模型比對(duì)觀測(cè)計(jì)劃（Observation for Model Intercomparisons Project），NASA的數(shù)據(jù)在模型-觀測(cè)比對(duì)中發(fā)揮了重要作用。NASA的數(shù)據(jù)同化技術(shù)有利于新興衛(wèi)星遙感傳感器的研發(fā)和評(píng)估，并加速它們的業(yè)務(wù)化應(yīng)用。NASA已經(jīng)發(fā)布了MERRA、MERRA-2系列再分析產(chǎn)品用于氣候評(píng)估，涵蓋了許多水文學(xué)要素。

NOAA的下一代全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)（Next-Generation Global Prediction System，NGGPS） 能夠通過對(duì)現(xiàn)有預(yù)報(bào)系統(tǒng)的改進(jìn)，如應(yīng)用新的數(shù)據(jù)同化技術(shù)、優(yōu)化軟件架構(gòu)和完善系統(tǒng)工程等手段，提高天氣預(yù)報(bào)的精度，從而為N-ESPC的組系統(tǒng)提供天氣尺度的貢獻(xiàn)。國(guó)家多模式集合系統(tǒng) （National Multi-model Ensemble，NMME）為通過分布式計(jì)算提高年度尺度的預(yù)報(bào)能力提供了良好借鑒。在NMME的機(jī)制下，參與的模式具有兩用特征（dual-use）：一方面加深了科學(xué)理解，另一方面為官方提供了與較長(zhǎng)時(shí)間尺度匹配的可信度的預(yù)測(cè)結(jié)果。

DoE的改進(jìn)型能源氣候模式（AdvancedClimate Model for Energy，ACME） 專注于氣候變化下的水循環(huán)、生物化學(xué)、低溫系統(tǒng)方面的研究。ACME的時(shí)間跨度為過去40年至未來40年，同時(shí)兼顧了季節(jié)尺度和亞年代際尺度。ACME更大的意義在于技術(shù)上的突破，通過優(yōu)化代碼和庫(kù)，在減少了電量消耗的同時(shí)提高了程序的運(yùn)行效率。ACME將是N-ESPC組系統(tǒng)的重要一環(huán)。它的空間高分辨率和冰凍圈-海洋圈相互作用將為科學(xué)決策提供科學(xué)預(yù)測(cè)。

海軍負(fù)責(zé)推動(dòng)耦合全球地球系統(tǒng)預(yù)測(cè)，資助研究領(lǐng)域包括：耦合計(jì)算、數(shù)據(jù)同化和模式開發(fā)等。各成員機(jī)構(gòu)主要職責(zé)見表1。

表1 N-ESPC中各成員機(jī)構(gòu)職責(zé)

3.3 N-ESPC管理模式

N-ESPC的執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)小組（ExecutiveSteering Group，ESG） 是最高領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，通過聯(lián)合各參與機(jī)構(gòu)力量，推進(jìn)計(jì)劃的總體進(jìn)度，并對(duì)項(xiàng)目辦公室（National ESPC Project Office） 和代表進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)。ESG實(shí)行輪值主席制度，由各機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報(bào)的負(fù)責(zé)人輪流擔(dān)任，任期三年。

機(jī)構(gòu)聯(lián)絡(luò)人（Agency Liaisons） 作為機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人的代理人，負(fù)責(zé)N-ESPC倡議項(xiàng)目中的協(xié)調(diào)工作。機(jī)構(gòu)聯(lián)絡(luò)人需要表達(dá)自己機(jī)構(gòu)在計(jì)劃、合作和執(zhí)行方面的訴求，同時(shí)為其他機(jī)構(gòu)的項(xiàng)目和經(jīng)理提供必要的幫助。機(jī)構(gòu)聯(lián)絡(luò)人負(fù)責(zé)向機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人和項(xiàng)目經(jīng)理定期匯報(bào)。

項(xiàng)目經(jīng)理（Project Manager） 作為ESG的決策執(zhí)行者，總體負(fù)責(zé)N-ESPC的管理工作：如制定工作計(jì)劃，關(guān)注和匯報(bào)決策實(shí)施的總體進(jìn)度，資源分配和項(xiàng)目資助等。項(xiàng)目經(jīng)理實(shí)行輪值制度，任期三年。同時(shí)還設(shè)置項(xiàng)目副經(jīng)理（Deputy Project Manager） 與研發(fā)副經(jīng)理（Associate Project Manager for Research and Demonstration），協(xié)助項(xiàng)目經(jīng)理開展工作，任期與項(xiàng)目經(jīng)理相同，但不能與項(xiàng)目經(jīng)理來自同一機(jī)構(gòu)。

圖3 N-ESPC組織架構(gòu)

3.4 N-ESPC近期進(jìn)展及應(yīng)用情況

經(jīng)過近10年的努力，N-ESPC取得了可觀的合作成果，主要包括：建立了一套統(tǒng)一的地球系統(tǒng)模式框架結(jié)構(gòu)；形成了多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)同化合作機(jī)制；初步整合集成了各方的海洋、波浪、陸地、海冰和冰川模式；開發(fā)了輻射傳輸模型、氣候和相關(guān)生化模型等大氣模式組件等。同時(shí)為了檢驗(yàn)整個(gè)跨機(jī)構(gòu)合作機(jī)制的實(shí)際運(yùn)行效果，N-ESPC還分別針對(duì)不同的海氣相互作用自然現(xiàn)象，啟動(dòng)了極端天氣事件、季節(jié)性熱帶氣旋威脅、北極海冰范圍及季節(jié)性無冰日、近岸赤潮、大西洋近岸翻轉(zhuǎn)流等5個(gè)預(yù)報(bào)演示項(xiàng)目并取得了良好的示范效果。

4 對(duì)我國(guó)的啟示

加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃。美國(guó)天氣和海洋預(yù)報(bào)領(lǐng)域的跨部門合作，亦是在國(guó)會(huì)通過立法和行政手段加強(qiáng)干預(yù)后步入正軌的。隨著我國(guó)海防戰(zhàn)略向“近海防御、遠(yuǎn)海防衛(wèi)”轉(zhuǎn)型以及海洋經(jīng)濟(jì)在整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位增強(qiáng)，理應(yīng)將海洋預(yù)報(bào)跨部門融合上升為國(guó)家意志，集中力量開展該領(lǐng)域的專題研究分析，基于研究分析成果制定海洋預(yù)報(bào)領(lǐng)域跨部門發(fā)展中遠(yuǎn)期規(guī)劃。

建立高層協(xié)調(diào)機(jī)制。我國(guó)可借鑒NUOPC和N-ESPC的經(jīng)驗(yàn)，成立多部門聯(lián)合協(xié)調(diào)機(jī)制，組建相應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)。指派具備專業(yè)背景的人員總體負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)運(yùn)維，對(duì)接參與協(xié)調(diào)機(jī)制的各方的個(gè)性與共性需求，在不干擾各自正常業(yè)務(wù)工作的前提下，著重建立和完善溝通聯(lián)絡(luò)體系，統(tǒng)籌各方資源和行動(dòng)，減少溝通成本和資源浪費(fèi)。同時(shí)注重吸納各部門優(yōu)秀智力資源，組建跨部門專業(yè)委員會(huì)或技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)，在領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一管理下提供專業(yè)咨詢建議。

加速研發(fā)成果轉(zhuǎn)化。建立健全相應(yīng)配套政策和機(jī)制，加速研發(fā)成果轉(zhuǎn)化。充分對(duì)接實(shí)際需求，提煉研發(fā)項(xiàng)目清單，聯(lián)合制定轉(zhuǎn)化計(jì)劃，確保在功能需求、完成時(shí)限和與現(xiàn)有業(yè)務(wù)兼容性等方面達(dá)成一致。在新技術(shù)或系統(tǒng)進(jìn)行部署后，應(yīng)用團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)及時(shí)進(jìn)行效果反饋，以便研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行改進(jìn)，從而推進(jìn)各方海洋預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)化融合。

加快關(guān)鍵技術(shù)突破。通過應(yīng)用數(shù)據(jù)同化將多源觀測(cè)數(shù)據(jù)充分應(yīng)用在模式計(jì)算中，提升預(yù)報(bào)初始場(chǎng)和參數(shù)化方案的質(zhì)量；通過在統(tǒng)一框架內(nèi)建立大氣-海洋-海浪-海冰-陸地的耦合，建立地球動(dòng)力環(huán)境預(yù)報(bào)組系統(tǒng)；通過采用集合預(yù)報(bào)模式，最大限度降低預(yù)報(bào)不確定性；通過采用分布式計(jì)算等方法，基于高效安全的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境，實(shí)現(xiàn)各方計(jì)算資源的充分整合。