数值预报是现代气象科技的“芯片”，而“资料同化”则是为这颗芯片注入精准初始信息的关键工序。如何让初始场更真实地刻画瞬息万变的大气状态，是中国气象局模式资料同化与资料再分析重点创新团队（以下简称“团队”）日夜钻研的课题。

近年来，团队瞄准国际同化技术发展前沿，紧扣业务升级的迫切需求，历时三年完成多项关键技术跨越，有力推动我国数值预报核心技术走向自主可控与高质量发展。

核心突破 定义初始场的“中国方案”

“我们始终紧盯一个目标：推动中国数值预报资料同化达到国际先进水平。”中国气象局地球系统数值预报中心主任、团队负责人龚建东这样概括团队的初心。成立之初，团队就明确了六大核心攻关方向，从全球同化系统升级到自主再分析产品研制，从全天候卫星资料同化到雷达资料直接应用，每一项都直指业务发展最迫切的需求。

传统四维变分同化系统使用的背景误差基于气候平均数据得出，是一种相对“静态”的估计。然而大气瞬息万变，台风、暴雨等不同天气系统下的误差特征迥异。“这种静态误差成为制约初始场精度的关键瓶颈之一。”全球四维变分同化方向负责人张林说，初始场就像是“起跑点”，决定着后续的系列数据演变及结果，一个微小的误差，都会被模式迅速放大，最后影响预报效果。

模式资料同化与资料再分析重点创新团队开展研讨 受访者供图

面对挑战，团队开展无数轮算法优化与试验验证，实现了从GRAPES 4DVar向集合四维变分同化（En4DVar）的技术跨越，成功研发出具有完全自主知识产权的CMA-GFS全球12.5公里集合四维变分同化系统，于2024年12月31日正式业务运行，成为CMA-GFS V4.2版本的核心亮点。

“该系统可以为防灾减灾、气象服务、公众出行规划等方面提供很好的帮助。”在2025年12月的北京初雪来临前，该系统提前8天预报出降雪，助力相关部门及公众做好规划应对。

这项创新的精髓在于“融合”——系统创造性地将集合样本提供的、随天气形势变化的误差信息，与四维变分同化框架有机结合，突破了传统静态误差的局限。形象地说，系统从此不仅能“看清”大气的常态，更能“感知”具体天气系统带来的特殊结构，分析能力显著提升。

实际效果令人振奋：北半球高度场分析误差降低5%，可用预报时效延长3小时；120小时预报中，热带气旋路径平均误差减少约70公里，风速预报误差整体降低约2米/秒。该成果荣获中国气象局2025年度科技成果评价优秀一等奖。

第二代全球大气再分析系统流程图 受访者供图

在持续优化现役系统的同时，团队已将目光投向更远的未来。基于MCV大气模式，团队构建了下一代全球四维变分同化原型系统。目前，该系统已实现100公里分辨率稳定运行，25公里分辨率试验正在稳步推进。

在再分析系统这一领域，团队同样交出亮眼答卷。团队在中国气象局全球和中国区域数值天气预报业务系统基础上，构建了我国第一套基于国产模式的全球/区域一体化大气再分析系统。“模式、同化、观测是再分析的三要素，其中，模式和同化技术是国产再分析的关键。国产再分析系统除了产出历史再分析数据集外，对发现和改进模式与同化隐蔽性问题还具有重要作用。”再分析方向负责人姜立鹏说。

事实也确实如此。团队在研发过程中发现并解决了地面观测资料同化量偏少、高层温度暖偏差、对流层湿度干偏差等问题，促进了数值预报业务系统改进。在历史观测资料同化方面，完成了风云三号系列卫星再定标数据集和我国天气雷达再处理数据集的再分析应用。

目前，团队已研制出46年长度（1979-2024年）全球再分析产品和16年长度（2010-2025年）中国区域再分析产品。两个产品的时间分辨率均为1小时；在水平分辨率上，全球再分析产品为12.5公里，中国区域再分析产品则达3公里，对暴雨、强对流等灾害性天气的刻画精度上大幅提升。相关产品已提供国家气象中心、国家气候中心、中国气象局气象探测中心等单位试用，支撑人工智能气象模型训练、风能资源普查、天气气候研究等。

应用拓展 攻克资料同化“无人区”

团队的创新不仅体现在同化方法本身，也贯穿于对各类观测资料的同化能力拓展之中。

卫星观测凭借全球覆盖和高时空分辨率的独特优势，已成为数值预报的核心数据来源。“然而，越是天气活跃、预报难度大的区域，或者越是有人类居住、灾害预警重要的区域，同化的资料越稀疏，这些恰恰是最需要观测数据支撑的关键区域。”卫星资料同化方向负责人韩威表示。

我国自主全球资料同化系统研发历程 受访者供图

在卫星资料同化这一前沿阵地，团队将以往的资料再次系统梳理并与实时资料比对，突破了“晴空”假设的限制，向“全天空”（含云和降水）和“全下垫面”（涵盖无雪陆地、雪盖、海冰等）迈进，显著提升了风云气象卫星等国产微波载荷在复杂天气下的资料使用效率。团队在风云四号气象卫星上搭载了静止轨道红外高光谱探测仪（GIIRS），就像给大气装上了“立体扫描仪”，兼具高光谱分辨率和高时间分辨率的优势，有效提升中高层大气的温湿度细节观测能力；并且实现其在CMA-GFS中的业务应用，对台风等灾害性天气的预报准确率提升作用尤为明显。

“在攻关雷达反射率同化技术时，团队需要解决的核心难题是，如何通过三维变分方法，有效同化雷达反射率观测数据，以准确触发和预报对流过程。”团队雷达资料同化方向负责人江源说。

面对挑战，团队做好分工协作，展现出强大的凝聚力。通过反复的个例试验、算法调试和效果评估，团队最终研发出雷达反射率变分同化技术，实现反射率资料的变分同化应用，显著提升对流系统分析精度和短时强降水预报能力。

在陆面同化领域，团队成功构建了新一代陆面同化系统，实现了对多源卫星反演产品与卫星辐射率资料的高效同化，显著优化了土壤湿度、大气低层湿度等关键物理参数的分析与预报性能。

为了突破传统单点同化策略及模式模拟误差较大的瓶颈，陆面资料同化方向负责人李娟说，团队成员深入思考、系统梳理文献，并开展多轮研讨后，提出了面向陆面同化系统的微波辐射率资料图像同化技术，有效填补了原有系统在分析场空间结构表征方面的不足。

此外，团队还研发了融合人工智能算法的单点同化技术，经过多次交叉验证与调整，使卫星辐射率资料得以在陆面同化系统中直接应用，有效改善了土壤湿度分析质量，显著缩小了与国际先进水平的差距。

人才为基 构建开放创新生态

每一项技术突破，都是团队智慧与协作的结晶。三年来，团队在攻坚关键技术的同时，也打造出一支结构合理、充满活力的人才队伍，构建了开放协同、持续创新的科研生态。

在面临新技术挑战时，团队成员会不断学习新技术来充实自身，并通过出国进修等方式来跟上时代“潮流”。团队青年成员王瑞春介绍，通过国家级团队以点带面，吸纳中国气象局地球系统数值预报中心、相关省份气象局的青年加入，在攻坚克难的过程中帮助青年人才打通“产学研用”的衔接壁垒，使青年人更快适应，提升自身本领，尽快成为青年科学家。

人才培养硕果累累：1人入选气象高层次科技创新人才计划首席气象专家，1人入选国家“万人计划”领军人才，1人获评气象科技领军人才；1人牵头中国气象局青年创新团队，1人获评青年气象英才并入选重庆市学术技术带头人后备人选，1人担任湖北省气象局重点创新团队首席。一支涵盖首席专家、领军人才与青年骨干的梯队已然成形，为持续创新注入源源动力。

团队高度重视青年培养与后备人才建设，与浙江大学、南京信息工程大学、中国科学院大气物理研究所等高校院所联合培养博士、硕士研究生，这些年轻人已成为团队创新的生力军。科研项目方面，团队成员牵头获批国家级项目7项，包括1项重点研发计划青年科学家项目与6项国家自然科学基金项目，为科研纵深推进提供了坚实支撑。

深耕学术研究带来丰硕产出。团队在国内外权威期刊发表高水平论文十余篇，其中多篇被SCI收录，系统阐述了在资料同化领域的创新成果与学术见解，受到国际同行广泛关注。

开放合作是团队保持活力的关键。首席科学家建立定期进展交流会制度，及时研判问题、动态优化方向；邀请数值预报中心内外资深专家组成顾问组，为重大技术决策提供咨询；与沈学顺院士领衔的天气气候一体化模式系统团队、张小曳院士牵头的地球系统观测及化学天气系统团队紧密协作，共同助推中国气象局模式创新体系建设。

三年攻坚，砥砺创新；初心如磐，步履不停。模式资料同化与资料再分析重点创新团队以自主创新筑牢了中国数值预报的核心基石。在守护生命安全、服务国家发展的征程上，这支团队将继续以科技为翼，为精准洞察云天变幻、发挥气象防灾减灾第一道防线作用贡献更大力量。

（作者：赵宁 黄彬 责任编辑：张林）