風(fēng)云莫測 丹青難寫

曾經(jīng)，“天有不測風(fēng)云，人有旦夕禍?！边@句古話揭示出人類面對莫測的自然現(xiàn)象的無奈與無助。而今，在一些氣象學(xué)家眼里，變幻莫測的風(fēng)云不過是只“紙老虎”。在氣象研究領(lǐng)域，讓這只“紙老虎”無法興風(fēng)作浪的，便是“世界氣象組織青年科學(xué)家研究獎”獲得者、中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員鐘青。

鐘青，中國科學(xué)院大氣物理所研究員，1964年出生，1985年北大本科畢業(yè)，后獲得博士學(xué)位，國家973課題負(fù)責(zé)人。1998年獲國家推薦的首位世界氣象組織“青年科學(xué)家研究獎”（全球兩人）時任氣象局局長的溫克剛指出此獎為世界大氣科學(xué)界為青年科學(xué)家設(shè)立的最高獎，并被盛贊為“祖國的榮譽”“整個大氣科學(xué)界的榮譽”。對科學(xué)執(zhí)著的追求使他在不到十年的大氣科學(xué)研究歷程中，一步一個腳印，向著科學(xué)高峰邁進。加上敢作敢為的性格，他敢于對世界著名理論提出疑義，這又形成了他獨特的研究思維和研究風(fēng)格。

歷經(jīng)20余年的不懈努力，通過“973項目”非靜力區(qū)域動力模式理論基礎(chǔ)及應(yīng)用研究課題的支持，他研制的高保真非靜力區(qū)域模式動力框架為改進和完善暴雨數(shù)值預(yù)報模式開拓了新的思路。他將“完整的新一代中尺度暴雨預(yù)報模式系統(tǒng)”變?yōu)楝F(xiàn)實，且完成了一次“產(chǎn)學(xué)研”的跨越，其中，數(shù)值模式發(fā)展研究成功自主研制區(qū)域F-MODEL新型臨近數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)，參加奧運業(yè)務(wù)運行；成功構(gòu)建非靜力全球譜模式。這兩項工作國內(nèi)外未見先例，為2008年北京奧運會的順利進展提供了有力保障。同時，他研究的集合卡門濾波資料同化系統(tǒng)發(fā)展取得新進展，適應(yīng)性觀測研究已能提供成功示范實例，填補了國內(nèi)空白。提高影響天氣預(yù)報的技巧是21世紀(jì)科學(xué)與社會的重大挑戰(zhàn)，“十二五”期間，他還為迎接全球為此展開的THORPEX計劃，做了不懈的開拓和努力。

結(jié)緣之路

“其實，我父母都是搞文學(xué)的，可是我卻走上了相悖的一條科研路?！闭f起少年時期的文理科選擇，鐘青笑道，與大氣動力學(xué)的結(jié)緣并非天定。鐘青出自書香世家。鐘青的父親是研究文學(xué)的，在文學(xué)領(lǐng)域頗有名氣。而其母親則是一位語文教師。文學(xué)的滋養(yǎng)與熏陶，讓從小飽讀詩書的鐘青同時擁有文科人的細(xì)膩、感性，又同時具備理科生的理性、嚴(yán)謹(jǐn)，文理兩重天，似乎冥冥中一切已經(jīng)注定，鐘青的一生絕不會是平凡的存在。少年時期，成績一向優(yōu)異的他，對于生命科學(xué)心馳神往。然而高考中過于松弛導(dǎo)致的稍稍失常，使得他與心儀的學(xué)科擦肩而過，邁進了北京大學(xué)地球物理系動力氣象專業(yè)的門檻。

讀本科時，鐘青對于氣象科學(xué)顯得有些三心二意。然而師長們的諄諄教誨，潛移默化地影響著他的人生走向。1985年，鐘青從北京大學(xué)畢業(yè)，考入中科院大氣物理研究所讀研究生。憑著初生牛犢不畏虎的執(zhí)著和闖勁，讀研期間，他首選的命題便是厄爾尼諾現(xiàn)象和南方濤動。因為，心憂民生，踏實做事的鐘青一直致力于極端天氣的研究，而發(fā)生在赤道太平洋區(qū)域的厄爾尼諾事件一旦出現(xiàn)往往會帶來全球氣候異常，造成全球災(zāi)難性后果。這一現(xiàn)象現(xiàn)于19世紀(jì)，國際學(xué)術(shù)界長期致力于研究其原因，但直到20世紀(jì)80年代，仍然未果?？梢哉f，這絕對是一個世界級科學(xué)難題。

萬事總是開頭難。在計算機信息技術(shù)并不發(fā)達的當(dāng)時，僅查找閱讀文獻就是一個浩大的工程。但憑著執(zhí)著和韌勁，他知難而進、知險而攻，每天去圖書館翻閱、查詢，等到讀完中科院圖書館的所有相關(guān)文獻時，同屆的碩士畢業(yè)典禮都要舉辦了，而他，論文還只字未動。壓力紛至沓來，心頭的紛擾在畢業(yè)之時也更加沉重?！坝兴悸?，但線索不是很清晰。再加上畢業(yè)和出路問題，我突然感覺到了很大壓力?！辩娗嗾f可能是重壓下的靈光突現(xiàn)，也可能是日常積累的知識由量變產(chǎn)生的質(zhì)變。窘境中，鐘青突然茅塞頓開，決定跳出傳統(tǒng)的經(jīng)典理論框架，把厄爾尼諾和南方濤動現(xiàn)象歸結(jié)于大氣—海洋耦合非線性本征系統(tǒng)中簡單的非線性本征問題。這是國內(nèi)外首次出現(xiàn)的思路，其實質(zhì)是把一個艱難甚至不可分析的無窮繼問題轉(zhuǎn)化為一個等價的有限維易分析的問題?；蛟S黑暗的盡頭總有陽光，他把自己關(guān)在宿舍里，十來天的時間，幾百頁紙的計算和推導(dǎo)，終于完成了他想實現(xiàn)的結(jié)果。

他的導(dǎo)師也說，鐘青的研究能夠解釋厄爾尼諾周而復(fù)始而又間隔不等的2—10年周期性和周期的不規(guī)則性以及發(fā)展和終止的突變特點。

成熟的麥穗，總是低頭向著大地。在973計劃項目我國重大氣候與天氣災(zāi)害的形成機理和預(yù)測理論研究中，鐘青基礎(chǔ)理論研究成果包括構(gòu)建物理保真算子理論。理論上證明存在物理守恒（如，三次全能量）保真方案，它們是線性與非線性計算穩(wěn)定性充分條件，可在消除與物理守恒離散破壞相應(yīng)系統(tǒng)誤差/計算性虛假源匯并且不損害離散截斷精度的前提下，解決計算穩(wěn)定性問題；它們適用于靜力與非靜力原始方程模式；適用于任意真實地形穩(wěn)定計算；適用于水平擴散等物理效應(yīng)保真計算。非靜力區(qū)域動力模式研究成果：新型非靜力全彈性區(qū)域格點動力模式FNHRM采用與MM5一致的地圖投影坐標(biāo)及Arakawa-B水平網(wǎng)格分布、固定SIGMA坐標(biāo)以及Lorentz垂直非均勻分層配置；以三維風(fēng)分量、氣壓、密度及相對濕度為基本預(yù)報量，其新型二階精度空間差分方案具有全能量和質(zhì)量保真特性，是針對通行非靜力模式中存在的過度耗散和守恒與轉(zhuǎn)換整體物理性質(zhì)離散破壞等通病，利用中國自己獨特的保真算法，從保持各微元間能量和質(zhì)量傳輸關(guān)系及每一個微元內(nèi)部各能量分量轉(zhuǎn)換關(guān)系出發(fā)而構(gòu)造的；時間離散采用通用分裂算法；水平擴散采用雙調(diào)和算子；采用包絡(luò)地形與實時側(cè)邊界方案。實例測試顯示：大尺度天氣形勢模擬新框架與MM5大體相當(dāng)，平坦與青藏高原等特殊高大陡峭地形條件下中小尺度天氣細(xì)致渦旋結(jié)構(gòu)的有無與定量模擬新框架與分析資料更為一致。

對此，鐘青謙遜的自我評價道，受現(xiàn)有通行計算穩(wěn)定技術(shù)制約，過度耗散問題是數(shù)值預(yù)報模式中普遍存在的難點科學(xué)問題。由于非靜力模式固有特性，加之國際上研究不過10年，國內(nèi)剛起步，此問題更為突出。理論和實驗都證明，（三次）全能量物理保真方案是優(yōu)于國際通行穩(wěn)定性技術(shù)的模式新計算穩(wěn)定方案，能夠保持模式計算精度，減小模式系統(tǒng)誤差。物理保真算法具有普適性，適用于靜力與非靜力模式。非靜力FNHRM，空間差分方案具有（三次）全能量和質(zhì)量保真特性，與國際通行非靜力模式比，即是整體性質(zhì)保持方面進步，同時也是計算穩(wěn)定方案一個優(yōu)化；它采用了能夠較好反映實際情況實時側(cè)邊界方案，與MM5在水平網(wǎng)格最外側(cè)須采用人為耗散松弛邊條件比較，是另一個進步；在考慮次網(wǎng)格水平擴散效應(yīng)時僅需采用簡單雙調(diào)和算子，且黏性系數(shù)比MM5要小1—2個量級，就可穩(wěn)定計算，從而在緩解過度耗散問題方面具有優(yōu)越性；采用與MM5原有地形數(shù)據(jù)相比，能更好地反映中國地形特征包絡(luò)地形，是進步，更是穩(wěn)定方案優(yōu)化后的結(jié)果。實例測試顯示出新框架在中小尺度天氣細(xì)致結(jié)構(gòu)模擬能力提高，正是以上幾點直接或間接體現(xiàn)。

首戰(zhàn)告捷

良好的韌勁是“執(zhí)著精神”的重要內(nèi)涵之一。憑著這份執(zhí)著，鐘青一直在大氣動力學(xué)上、尤其對于極端天氣現(xiàn)象默默探索了二十余年。厄爾尼諾現(xiàn)象攻克了。然而，真理在最初總是掌握在少數(shù)人的手中。在當(dāng)時國內(nèi)科技還不甚發(fā)達的年代，想要得到認(rèn)可可謂蜀道之難，難于上青天。他一次次投稿，想將自己研究的成果公之于眾，得到專家們的認(rèn)可。但是卻屢屢石沉大海，沒有回音。

在國內(nèi)碰壁后，鐘青決定將之投至國際刊物試試。因為長期關(guān)注，偶然一次機緣，鐘青在國外一期專家交流講座后，將其研究成果投至國際刊物，引起相關(guān)國外專家的興趣。文章發(fā)表之后，國外不少同行，甚至包括耶魯大學(xué)的教授等都來索要。1994年，基于這一成果，他在北京市第三屆青年科技論文獎評選中獲得了一等獎。首戰(zhàn)告捷，不畏挑戰(zhàn)的鐘青，又對那個讓他對大氣動力學(xué)萌發(fā)初始興趣的世界難題躍躍欲試——守恒格式。

物理守恒定律是自然界的基本規(guī)則，本質(zhì)是非線性的，相應(yīng)物理模式模型往往只能離散計算，數(shù)值求解，在把連續(xù)變化的問題轉(zhuǎn)化為離散性數(shù)值求解時，必然涉及物理量時間和空間的守恒格式問題，近百年來，人們解決的只是一些理想的特例情況下，半離散瞬時守恒格式和平凡的一次全守恒格式。鐘青認(rèn)為，作為19世紀(jì)的3大自然科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，能量守恒和質(zhì)量不滅幾乎是整個物理科學(xué)的基礎(chǔ)，而氣象科學(xué)則是物理科學(xué)的一個分支。解決物理量的時間和空間守恒格式問題，將會對整個氣象科學(xué)產(chǎn)生重要的意義，這種認(rèn)識又一次激發(fā)了他向科學(xué)高峰沖鋒的興趣和決心。

在對問題進行分析的過程中，他了解到我國著名大氣科學(xué)家早就提出要把時間考慮到守恒格式中去，在前人工作的基礎(chǔ)上，鐘青針對被視為瓶頸的離散格式構(gòu)造問題，展開了一場攻堅戰(zhàn)。他提出了物理守恒保真概念，建立了幾種守恒格式方案，并在解決時間離散化理論上產(chǎn)生了新的進展。其論文《物理守恒律保真格式構(gòu)造與數(shù)值預(yù)報斜壓原始方程傳統(tǒng)譜模式改進研究》發(fā)表在1998年第6期《氣象學(xué)報》上。

同年秋天，他被授予世界氣象組織青年科學(xué)家研究獎，成為第一個代表國家被授予該獎項的中國人。“毋庸置疑，他已經(jīng)取得了卓越的研究成就……該項工作將解決與發(fā)展方程問題相聯(lián)系的、類型更加廣泛的線性與非線性計算不穩(wěn)定性問題，并且在提高氣象學(xué)理論方面具有重要性……”這是1998年6月，鐘青憑借《物理守恒律保真格式構(gòu)造與數(shù)值預(yù)報斜壓原始方程傳統(tǒng)譜模式改進研究》獲得世界氣象組織青年科學(xué)家研究獎時，時任世界氣象組織秘書長奧巴西代表世界氣象組織對他所做評價的一部分內(nèi)容。奧巴西認(rèn)為他獲得此項獎項“當(dāng)之無愧”。而鐘青也從無名小輩逐漸走入學(xué)術(shù)先鋒行列。那一年，鐘青34歲，是第一個代表中國獲得世界氣象組織青年科學(xué)家獎的中國人，那一年，全球只有兩人獲獎。

基于“保真說”，2003年，在國家973計劃項目“我國重大氣候與天氣災(zāi)害的形成機理和預(yù)測理論研究”支持下，他又完成了“非靜力區(qū)域動力模式理論基礎(chǔ)及應(yīng)用研究”，為我國非靜力模式可持續(xù)發(fā)展提供了比較扎實可靠的科學(xué)基礎(chǔ)與先進技術(shù)平臺。受現(xiàn)有通行計算穩(wěn)定技術(shù)的制約，過度耗散問題是數(shù)值預(yù)報模式中普遍存在的難點科學(xué)問題。由于非靜力模式固有特性，加之國際上研究不過10年，國內(nèi)剛剛起步，此問題更為突出。

在該系列研究中，他構(gòu)建了完整的物理保真算子理論，從理論上證明了存在物理守恒保真（三次全能量）方案，是優(yōu)于國際通行穩(wěn)定性技術(shù)的模式新計算穩(wěn)定方案。它們一則可在線性與非線性計算穩(wěn)定性充分的條件下，消除與物理守恒離散破壞相應(yīng)的系統(tǒng)誤差/計算性虛假源匯，二則可在不損害離散截斷精度的前提下，解決計算穩(wěn)定性問題。這一理論不僅適用于靜力與非靜力的原始方程模式、水平擴散等物理效應(yīng)保真計算，還適用于其他任意真實地形穩(wěn)定計算。

通過對非靜力區(qū)域動力模式進行研究，他發(fā)現(xiàn)，以三維風(fēng)分量、氣壓、密度以及相對濕度為基本預(yù)報量，其新型二階精度空間差分方案具有全能量和質(zhì)量保真特性，是針對通行非靜力模式中存在的過度耗散和守恒與轉(zhuǎn)換整體物理性質(zhì)離散破壞等通病，優(yōu)于國際通行穩(wěn)定性技術(shù)的模式新計算穩(wěn)定方案，能夠保持模式計算精度，減小模式系統(tǒng)誤差。新型非靜力全彈性區(qū)域格點動力模式FNHRM采用與MM5一致的地圖投影坐標(biāo)及Arakawa—B水平網(wǎng)格分布、固定SIGMA坐標(biāo)以及Lorentz垂直非均勻分層配置，利用中國自己獨特的保真算法，從保持各微元間能量和質(zhì)量傳輸關(guān)系及每一個微元內(nèi)部各能量分量轉(zhuǎn)換關(guān)系出發(fā)而構(gòu)造。其中，時間離散采用通用分裂算法。水平擴散采用雙調(diào)和算子。在采用包括地形與實時側(cè)邊界方案的前提下，實例測試顯示，大尺度天氣形勢模擬新框架與MM5大體相當(dāng)，平坦與青藏高原等特殊高大陡峭地形條件下中小尺度天氣細(xì)致渦旋結(jié)構(gòu)的有無與定量模擬新框架與分析資料更為一致。該系列理論的完成也為鐘青的后續(xù)研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

窮盡探索

科研其實是一條孤獨的路，尤其在這樣一個喧囂的物質(zhì)社會，他從未想過，這樣一項研究，從開始到被認(rèn)可，會前前后后折騰他近十年。期間，他的同學(xué)有的出國了，有的經(jīng)商了，日常交流間發(fā)現(xiàn)，他當(dāng)時的收入大約是人家的1/30?？梢?，改革開放之初，雖然科研境遇有所提高，但與國外相比還是無法同日而語。與此同時，也有國外的專家邀請他出國，他還是拒絕了。一個人為了一項事業(yè)，心甘情愿的付出一生的心血，為極端天氣預(yù)報窮盡求索奮斗了二十余個春秋，在現(xiàn)在的一些人看來簡直不可思議。遙想當(dāng)年，一批批熱血青年抱著信念和理想踏入商海仕途之路，而今風(fēng)生水起。而鐘青教授卻選擇了與天氣為伴，為人類公益事業(yè)的科學(xué)調(diào)研之路可謂知難而進。

鐘青是個冷靜的人，他在閑聊中十分喜歡談及關(guān)于心態(tài)的問題。在他的眼中，平和不是消極地去看問題，而是更客觀。其中，度的把握是關(guān)鍵?？蒲兄皇窃谧鰝€冷靜人的前提條件下的一個小兒科而已。鐘青說，做事情我不貪多，心態(tài)比較平和，而且我能夠很好地看待逆境，把事業(yè)堅持下來。做任何事情都需要自己去體驗本質(zhì)，從而把握真相。

性格決定命運，在鐘青成功的因素里，他敢想敢為，喜好鉆研以及良好的心態(tài)都是關(guān)鍵。十幾年的枯燥科研，無以計數(shù)的碰壁，不管是處于什么樣的劣勢，鐘青都穩(wěn)穩(wěn)地走了過來。他輕描淡寫地說了一句：“在任何時候，人，都是輸給自己的。我就是這樣的人，不做別人做過的事兒，跟在別人后面那沒多大意思的。認(rèn)準(zhǔn)了一條路，就一直往前走?！币虼?，鐘青在迎來一些成就之時，在他看來，一切的一切均是他的執(zhí)著精神和謀定而后動。在關(guān)鍵時刻，衡量取舍某些事情時，人都是要根據(jù)自己的人生目標(biāo)來取舍的。

說到“天有不測風(fēng)云”，鐘青可不這樣認(rèn)為。他說，既然自己是預(yù)報員，就要隨時應(yīng)對各種復(fù)雜的氣象，處變而不驚。天有可測風(fēng)云，在鐘青看來，他看重的不是比誰預(yù)報得更準(zhǔn)，而是把研究能用于自然界里的趨利避害上，更好地降低自然風(fēng)險，減少災(zāi)害對人類造成的傷害和損失。在鐘青眼里，在歷史中淹沒的古代精華，特別是為人類做過貢獻的東西，要拿出來重新為人類服務(wù)。他認(rèn)為古人對天象的長期觀察及用月亮測天氣等都是可以借鑒的，總之，古人是聰明的。他們?yōu)樾求w取名是根據(jù)本能本性來取的，這不是迷信。

蜀道之難

長久以來，人們一直在試圖尋找各種方法預(yù)測自然災(zāi)害發(fā)生的時間和地點，以免受到侵襲和影響，但是并沒有取得應(yīng)有的效果。據(jù)民政部、國家減災(zāi)委員會公布的數(shù)據(jù)，2013年8月，各類自然災(zāi)害共造成全國13939.8萬人次受災(zāi)，367人死亡，115人失蹤，313萬人次緊急轉(zhuǎn)移安置。東北和華南地區(qū)災(zāi)情尤其嚴(yán)重。突如其來的大暴雨、高溫難耐的酷熱……“老天爺”真的難以莫測嗎？“你們知道嗎？我國每年因各種氣象災(zāi)害造成農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積5000萬公頃，直接經(jīng)濟損失占GDP總值的1%—3%，占GDP增加值的10%以上?！辩娗嘁荒槼林氐卣f?！癎DP總值的1%—3%，GDP增加值的10%以上”——對于經(jīng)濟建設(shè)而言，這意味著巨額的財富構(gòu)成，對于災(zāi)區(qū)群眾而言，甚至意味著生命安全。

鐘青始終重復(fù)這么一句話：生存始終是人類永遠關(guān)心的話題。研究極端天氣現(xiàn)象的初衷就是因為其對地球人類所造成的影響甚至威脅有沒有辦法防范、去解除、去改造……時至今日，人們無法忘記2012年7月21日，北京城遭遇六十多年以來的那場最大降雨。暴雨引發(fā)房山地區(qū)山洪暴發(fā)，洪澇災(zāi)害造成房山、通州、石景山等11區(qū)（縣）12.4萬人受災(zāi)，4.3萬人緊急轉(zhuǎn)移安置。全市受災(zāi)人口190萬人，79人遇難。

不僅如此，近幾十年來，災(zāi)害性天氣事件造成的損失迅速增大。每年全球災(zāi)害性事件導(dǎo)致的經(jīng)濟損失從20世紀(jì)50年代的40億美元增長到20世紀(jì)90年代的400億美元。據(jù)慕尼黑再保險公司估計，僅1985—1999年歐洲因為天氣造成的損失就高達1150億美元。而近年來，西歐經(jīng)歷的各種嚴(yán)重天氣事件，對基礎(chǔ)設(shè)施和資源也產(chǎn)生了極其嚴(yán)重的后果，造成了大量的人員死亡。2005年夏季，歐洲的幾個地區(qū)的異常干旱也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，尤其是農(nóng)業(yè)的損失。曾有人這樣評價，“卡特琳娜颶風(fēng)襲擊新奧爾良帶來的損失相當(dāng)于打了一場海灣戰(zhàn)爭?！彪y怪氣象經(jīng)濟學(xué)的德菲爾定律說，氣象學(xué)上的每一分投入都能產(chǎn)生98分的回報。

科技作為第一生產(chǎn)力，誰占領(lǐng)科技，誰就搶占了制高點。這些，各國政府能看到，學(xué)者們也能看到，鐘青自然也不例外。鐘青說，“好的預(yù)報依賴好的預(yù)報模式和好的預(yù)報資料，只有兩者都好，才可能預(yù)報得更好。”建立科學(xué)的預(yù)報模式，在海量數(shù)據(jù)中把真實、有用的數(shù)據(jù)提煉出來，把“噪音”濾掉，這是精準(zhǔn)天氣預(yù)報需要解決的問題。

對于中小尺度，尤其是風(fēng)暴尺度天氣事件的預(yù)報，雷達資料起著關(guān)鍵性作用，利用雷達資料同化技術(shù)，為模式提供一個合理描述大氣中水汽場和風(fēng)場的初始預(yù)報場。在此基礎(chǔ)上，采用新型非靜力模式對預(yù)設(shè)的個例進行預(yù)報，并通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)檢驗其預(yù)報效果，這就是鐘青要走的技術(shù)路線圖。靠著這份認(rèn)真執(zhí)著和科學(xué)審慎，鐘青對這種預(yù)測天氣的方法越來越有信心，預(yù)測準(zhǔn)確率也在不斷提高。

2007年8月12日，北京地區(qū)一天出現(xiàn)了3次強對流過程，其中20時的強對流過程最強，它的特點是驟雨、大風(fēng)、冰雹，因其突發(fā)在中心城區(qū)且強度強，成為一次高影響天氣。受上下一致的偏北氣流控制，近地面層的熱力強迫可能是對流啟動的主要因素，是一次有相當(dāng)大模擬難度的強對流天氣。這種強對流生消非?？?、強度高、非常局地，且天氣分析表明大尺度溫濕壓梯度不明顯，不是天氣系統(tǒng)，配置很好的強對流過程。在這種狀況下，由于缺乏連續(xù)的三維中尺度資料，國外直接引進的中尺度模式無法模擬出這次過程。

而鐘青研發(fā)的F—model系統(tǒng)，不采用雷達資料初始化能夠捕捉大尺度溫濕壓梯度不明顯的中小尺度強對流，采用雷達資料初始化之后，F(xiàn)—model能夠模擬出強對流的發(fā)展演變過程，能夠模擬出云團并合、新生加強及午后零星熱對流現(xiàn)象。而通過對2007年汛期6個北京地區(qū)強對流天氣個例的檢驗結(jié)果表明，F(xiàn)—model比業(yè)務(wù)運行的國際上最現(xiàn)代的WRF/ MM5模式預(yù)報表現(xiàn)更佳。

從觀測角度來說，他們一反國際上資料稀疏的海上區(qū)域測試傳統(tǒng)，改為難度更大的資料密集陸上區(qū)域測試方法，構(gòu)建出測試中尺度適應(yīng)性觀測系統(tǒng)，預(yù)報效果令人振奮；在資料同化角度，他們吸取美國和歐洲資料處理系統(tǒng)的經(jīng)驗教訓(xùn)，自主研制出集合卡爾曼濾波中尺度資料同化系統(tǒng)，已能同化雷達資料，而這一點，國內(nèi)外目前均在探索中，為了建立先進的模式，他們吸取國際新一代非靜力數(shù)值模式先進技術(shù)，采用中國自主發(fā)展起來的獨特的能量——物質(zhì)保真技術(shù)，自主研制新一代區(qū)域非靜力新型保真模式F—model，其水物質(zhì)保真計算也已取得新進展。

不僅如此，雖然國內(nèi)外已有非靜力全球格點模式，但非靜力全球譜模式目前僅存在于ECMWF未來規(guī)劃中，他們卻將之變?yōu)楝F(xiàn)實，自主研制出新一代全球非靜力歐拉譜動力全模式。另外，他們還擺脫了國際上大尺度集合預(yù)報天氣的框架，發(fā)展出基于奇異向量及隨機方法的中尺度集合預(yù)報系統(tǒng)和集合外推臨近預(yù)報系統(tǒng)。而在理論上揭示保真計算理論可通過改進正壓、對流、斜壓發(fā)展乃至能量級串過程，可為有效應(yīng)對“提高高影響天氣預(yù)報技巧21世紀(jì)科學(xué)與社會重大挑戰(zhàn)”提供新途徑。

在鐘青看來，天氣預(yù)報的準(zhǔn)與不準(zhǔn)要看問的“問題”。問題的難度不同，答案的準(zhǔn)確率自然也不一樣。尤其上午還晴空萬里、下午便暴雨如注的轉(zhuǎn)折性天氣難以把握。加上在全球氣候變化的背景下，超強臺風(fēng)、持續(xù)暴雨、特大干旱等極端天氣氣候事件發(fā)生的頻率和強度呈增加趨勢，而且往往由于持續(xù)時間長而導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的氣象災(zāi)害。這要求預(yù)報人員通過計算機、觀測站等獲取數(shù)據(jù)外，還要與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，這樣才能更準(zhǔn)確地做出預(yù)報。

2008年奧運會正值北京暴雨頻發(fā)期，因此，北京夏季暴雨就成了2008年奧運會氣象預(yù)報與服務(wù)保障中最重要的高影響天氣。奧運會前夕，鐘青團隊研制的數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)被安裝到北京市氣象局高性能計算機上，進行了降水個例預(yù)報試驗和奧運期間的業(yè)務(wù)F—model化試運行。2008年7月26日至2008年8月31日奧運會期間，在北京市氣象局參加了業(yè)務(wù)化應(yīng)用試驗，事后檢驗結(jié)果表明，F(xiàn)—model對強降水的預(yù)報具有較低的空報率和漏報率，預(yù)報效果能達到業(yè)務(wù)化應(yīng)用的要求，在關(guān)鍵災(zāi)害性天氣預(yù)報中可起到明顯的提示作用，可以作為短時業(yè)務(wù)預(yù)報的應(yīng)急系統(tǒng)。

而考慮到鐘青課題組研發(fā)的“多普勒雷達交叉相關(guān)外推技術(shù)”，能夠利用集合的思想，考慮多時刻單體回波演變過程，提出改進目前國內(nèi)利用集合的方法外推回波研究的不確定方案，可能更好地提供未來一小時的回波特征，且經(jīng)過了批量的前期個例檢驗。因此，2009年，濟南市政府也把該系統(tǒng)作為全運會氣象保障項目，并針對濟南的地理環(huán)境特征，采用最優(yōu)化處理方法得到Z—R關(guān)系，能夠?qū)崟r提供逐小時估測降水。如今，已處于穩(wěn)定業(yè)務(wù)運行階段。

二十多年內(nèi)反復(fù)實踐，探索、大膽創(chuàng)新，他在中長期天氣預(yù)報研究中積累了豐富的短、中、長期天氣預(yù)報經(jīng)驗，多次正確預(yù)報重要災(zāi)害性、轉(zhuǎn)折性天氣過程，為國家和人民帶來了良好的社會和經(jīng)濟效益。鐘青認(rèn)為，準(zhǔn)確率上升這是毋庸置疑的，但這不是最主要的變化。他認(rèn)為幾十年后的天氣預(yù)報，不再是信息的單向傳播，交互性將大大提升，將體現(xiàn)在更具個性化的解決方案的制訂上。

“現(xiàn)在我們整個國情和國際形勢方面都已經(jīng)有了一個顯著的變化，我們處在特定的歷史時期，很多的社會矛盾需要化解，所以我的期待就是怎么樣化解這些矛盾，能不能有一些方針政策出來，更重視關(guān)注協(xié)調(diào)發(fā)展、科學(xué)發(fā)展的問題。另一方面，我希望選出的新一代領(lǐng)導(dǎo)集體更富有開拓精神，把我們的改革開放進一步地往前推進，適應(yīng)現(xiàn)代社會的呼聲和需求?！闭劦疆?dāng)下的霧霾天氣，鐘青這樣笑答。

科技愿景

氣候變化和百姓生活息息相關(guān)，如何才能更準(zhǔn)確地預(yù)測極端天氣？未來氣象災(zāi)害如何應(yīng)對？人工干預(yù)究竟能起多大作用？眾所周知，氣象預(yù)報工作要求十分嚴(yán)格，工作時間面對的是大量的數(shù)據(jù)和圖表，十分枯燥。且氣象臺條件簡陋，位置也偏遠。長期的科研工作中，鐘青對科研形成了自己獨特的理解。他認(rèn)為，自然界的復(fù)雜與豐富都來源于最簡單的圖像或者元素，簡單與復(fù)雜存在調(diào)和之美，而科學(xué)則呈現(xiàn)著簡單與復(fù)雜的辯證法。

時光如白駒過隙，二十多年的風(fēng)云變幻，不變的是鐘青對大氣研究細(xì)致較真的工作作風(fēng)和低調(diào)謙和的為人姿態(tài)。變得是他日復(fù)一日，年復(fù)一年積累的關(guān)于風(fēng)云可測豐富的經(jīng)驗。如何不被一片混沌數(shù)據(jù)所迷惑，從中抽離出真正有價值的“微小差異”，變“莫測風(fēng)云”為“可測風(fēng)云”，這是鐘青與他的同行們的使命。而數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)，就成為他們用以完成這種使命的手段。在隨后的幾年中，他的研究主要聚焦在觀測資料同化技術(shù)、數(shù)值模式發(fā)展和大氣可預(yù)報性3個方面。“數(shù)值天氣預(yù)報，就是根據(jù)大氣實際情況，在一定初值和邊值條件下，采用數(shù)值計算的方法，求解描寫天氣演變過程中的流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組，預(yù)報未來天氣的方法。”鐘青解釋。他說，20世紀(jì)以來，數(shù)值預(yù)報的能力大幅提高，其對環(huán)流場預(yù)報的準(zhǔn)確度已經(jīng)遠遠高于預(yù)報員預(yù)報的準(zhǔn)確度，但是對天氣要素特別是對災(zāi)害性天氣的預(yù)報，但與防災(zāi)減災(zāi)的要求和預(yù)報精細(xì)化的要求距離甚遠。尤其是在高影響天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率、天氣預(yù)報信息的利用方面。

因為高影響天氣事件具有低概率、高風(fēng)險的特征，雖然不大可能出現(xiàn)，但是，一旦出現(xiàn)其后果就有可能是災(zāi)難性的。提高高影響天氣預(yù)報的技術(shù)是21世紀(jì)的科學(xué)與社會的重大挑戰(zhàn)之一。為了應(yīng)對高影響天氣的挑戰(zhàn)，2003年世界氣象組織第14屆會議上確定的全球大氣10年研究發(fā)展計劃，即THORPEX，旨在加速提高1—14天高影響天氣預(yù)報精度。從2004年至今，該項目已開展了9年。之所以會牽涉到各方力量參與其中，正是因為數(shù)值預(yù)報的難度非同尋常。THORPEX指出：目前數(shù)值預(yù)報在如下方面仍然面臨挑戰(zhàn)：在高影響天氣預(yù)報方面的顯著失??；無法將有效預(yù)測延長至兩周乃至以上；在對于熱帶氣候較高緯度地區(qū)氣候影響的預(yù)報方面乏善可陳；中尺度天氣特別是暴雨預(yù)報方面技術(shù)不足。

在暴雨預(yù)報準(zhǔn)確率方面，2012年美國WPC的評分為0.25左右（滿分為1分制），而我國國家氣象中心的暴雨評分還要低于美國；總體來說，暴雨預(yù)報是一道世界性的難題。也可以說，在國際上提出THOR-PEX之前，鐘青已經(jīng)在做同樣的工作。

而他早期對于艱深理論的鉆研使他在應(yīng)對這些難題時受益良多。基于這一理論利用NCEP41年再分析資料（1958—1998），對F-GSM與ECMWF譜模式方案比對動力測試中，第二周及以后系統(tǒng)誤差改進令人側(cè)目，體現(xiàn)在月預(yù)報平均統(tǒng)計減少一半，其中，直接改進1/4，地形間接改進1/4。

在采用包絡(luò)地形與實時側(cè)邊界方案的前提下，實例測試顯示：大尺度天氣形勢模擬新框架與MM5大體相當(dāng)，在平坦地形或如青藏高原等特殊高大陡峭地形條件下，中小尺度天氣細(xì)致渦旋結(jié)構(gòu)的有無，與模型分析資料更為一致?？梢哉f，該項目在應(yīng)對前文提到的THORPEX中列舉的數(shù)值預(yù)報的幾項重大挑戰(zhàn)方面，均使數(shù)值預(yù)報精度取得了十分顯著的提升。

“該課題研制的高保真非靜力區(qū)域模式動力框架是完全基于自主發(fā)展的計算理論基礎(chǔ)上研制成功的，為改進和完善暴雨數(shù)值預(yù)報模式開拓了新的思路，是一項具有探索性的研究成果”，在項目驗收中，該成果獲得了相關(guān)專家的高度評價。專家們說，為原創(chuàng)性成果，還推薦該成果為重大創(chuàng)新。專家們建議，“應(yīng)盡快把該課題研究的非靜力模式和物理過程模式連接成一個完整的新一代中尺度暴雨預(yù)報模式系統(tǒng)，以期在暴雨預(yù)報準(zhǔn)確率上能有更新的進展?！?/p>

艱難困苦，玉汝于成?！疤鞖忸A(yù)報每提前一天，專家就要花10年時間研究”，而要達到提前一個月預(yù)報天氣，則要探索更長時間。而鐘青正在用行動踐行著這一目標(biāo)。他幫助氣象人跳出氣象看氣象，在成就人與自然和諧之美的同時，促進了氣象部門在參與經(jīng)濟建設(shè)中做好服務(wù)，為了理想與職責(zé)，他以無畏的勇氣和兢兢業(yè)業(yè)的精神攀登在大氣物理研究的高峰上，從無懈怠。我們由衷的祝福鐘青教授，在未來的日子里事業(yè)更上一層樓，為大氣物理學(xué)科的發(fā)展再譜輝煌。