作为一名卫星领域的“老兵”,刘瑞霞面对着数十万行代码组成的中国气象局全球预报模式(CMA-GFS),觉得自己就像站在一个看不到边的庞然大物脚边,除了惊叹,更不免有点心慌。
感到心慌的当然不只是这位资深研究员。卫星资料同化团队由来自中国气象科学研究院、国家气象中心和国家卫星气象中心三路精兵强将组成,他们各自身怀绝技,会师于此,领受新使命。如何快速扎进“代码的海洋”中去?之前他们已经打了多年交道的气象卫星仪器就不碰了?辐射传输模式等前沿问题就不琢磨了吗?
“那不是。”作为这个新团队的队长、“资深码农”韩威说。
韩威几乎不用想象就能构建一个令人憧憬的画面:了解卫星仪器的同志有了,钻研前沿科学问题的同志有了,驾驭复杂工程的同志有了,那卫星资料同化链条的前中后端就都打通了,数值天气预报模式也就有更多“优质食材”可用了!当然,先不能高兴太早,前提是:他们得真正走入这个算法王国。
这不容易。韩威知道,突然,他有了灵感:就让大伙儿从做通一个“单点实验”开始吧。这来源于他自己的一点经验:如果能弄清楚一个“点”的资料对数值预报模式分析和预报场的影响,那1000个、10000个点,更多新的卫星资料也都能弄清了。
于是,一场始于“单点实验”的特殊行动开始了。
一次超出预期的热烈化学反应,也开始在这个24人团队中悄悄酝酿——
一个“点”
会带来什么变化?
数值天气预报模式有“壁”。
先不说它已经是大部分公众有主观意愿提升科学素养的天花板,就是每天与天气打交道的预报员,熟悉的也只是数值模式给出的预报结果。
和刘瑞霞一样,着手“单点实验”前的胡皓,对“壁垒”一说绝对认同。一想到电脑里随便打开一个文件就是几万行代码,他就两个字:“心慌”。
一个小小的单点实验就能让大家不慌了?不知道,先试试——
把模式中其他资料先关掉,只留一个“点”的资料进去,那么:这个资料在模式中到底能起到什么作用?能改进什么物理量,改进多少?与不同化这个资料相比,把这个资料同化进去之后,精度是否会提高,误差是否会降低?
3月的某一天,模式,开转。
21:35分,王皓手机响了。“模式不动,怎么办?”这是刘瑞霞发来的求助信息。作为团队中几位有资料同化经验的“年轻老专家”之一,王皓拿起手机,跟刘瑞霞一起梳理了流程,然后根据经验,给出了一个最可能的原因。
“模式动了!”刘瑞霞感到很畅快。几乎是同时,她对模式又多了些“感觉”。
那边,胡皓也从单点实验中有了意外之喜,那是一种“小小的成就感”:通过不断努力调试,他成功地让每一个点的误差都比原先降低了。
“做出来一点东西的时候,会让人对这件事情感兴趣,是一种驱动力。”就如胡皓说的那样,每个人都真诚地、投入地做了一次“小学生”,慢慢地,进入了状态,有了感觉,也有了动力。
“你做的一个代码也好,一个算法也好,在庞大的模式中发挥着某个作用,每时每刻都在模式中被调用,庞大的卫星资料‘哗哗’进去,出来后变成一个预报产品。想一想,这种成就感不也是很美妙吗?”韩威很高兴,因为更多的新伙伴已经开始了解、享受这种美妙了。
其实,他们还有一项“意外”收获——默契。
坐在他们中间,你仿佛就像进入了一个现实版“夸夸群”,但它又明显不同,因为这个“夸夸群”极为真诚。你能想象吗?如果遇到难题久钻不破,只要发信息给同事请教,一定是“即阅即回”;如果一个人做出了趁手的诊断软件、画图工具,那就意味着大家也都能用上这个“科技新品”。
“这是一种氛围。”已经能自己独立运转模式的倪卓娅说,“这种氛围下,你会学习得更快,进步得更快。”
100天
能有多大成长空间?
韩威想把单点实验的魔力,发挥得更猛烈一些。那就继续升级,用100天时间,开展一场补短板行动——补能力上的短板,也补业务上的短板。
卸除掉畏难情绪,已经基本熟悉整个流程的胡皓,可以坐下来直面他的新任务了。这次不是单点实验,而是“三点实验”:把三种卫星微波仪器数据集成在一起做资料同化。
做着做着,胡皓琢磨,“偏差订正好像不太对。”在今年5月的一次会上,他把自己的困惑提了出来。和“百科全书”王皓同属“年轻老专家”的肖弘毅,马上把自己整理的一套代码分享给大家。这是一套CMA模式的偏差订正程序,文件包里不仅有程序“本程”,还有一份详细的代码使用说明。
胡皓对这套程序研究了一番,安装,不断调试,成了!他成功新增三台微波仪器观测数据,使预报误差和分析误差都降低了。
在这100天中,吴春强则开始有了一双“能够发现问题的眼睛”。他顺藤摸瓜,挖出了一个原系统隐藏很久的问题,并将其改正。
“虽然在现阶段,从模式结果看,没有任何问题。”韩威说,但它们藏得很深很难发现。从长远看,不放过任何一个细节,正是我们不断提高预报精度的基础。
而从事业的宏大目标落地到每个人的每一天,韩威觉得,大家想要把每个细节做到极致的态度,“确实挺让人感动的”。
如果说,20年前,只要卫星资料放进数值预报模式,就能看到正效果。而今,卫星仪器已经精细到一定程度了,与之相关的观测偏差和误差都得刻画得更精细,才能看见效果。“因此,今天,我们不仅要懂同化技术,还要懂不同卫星上不同仪器各自的特点。”韩威强调。
这又回到开头那个问题了:单点实验后,100天补短板行动后,三路精兵强将走进算法王国了吗?韩威设想中的场景,即在同一个大框架下,每个人可以同时从不同方向、细节上着力,同时又对整个系统有贡献,开始实现了吗?
一个细节或许可作例证和回答——
去年,风云三号E星正式业务试运行。这颗卫星能够填补晨昏时段的卫星资料观测空白,对全球数值天气预报模式非常重要。
为了让中国气象局全球数值预报模式尽快用上这一资料,韩威团队做了全新的尝试:那边卫星在轨测试,这边推进资料同化。在以前,这很难想象;现在,团队成员可是既懂同化又懂卫星,与卫星方一起“升级打怪”解决问题。
就在这两天,在风云三号E星业务试运行仅三个月后,他们已经基本实现了这些资料的同化评估!
(作者:卢健 责任编辑:张林)