7、新世纪初我国数值天气预报的科技创新研究
新世纪初我国数值天气预报的科技创新研究
薛纪善
(中国气象科学研究院,北京100081)
摘 要
概要介绍最近5年在国家科技攻关项目 中国气象数值预报系统科技创新研究框架内所取得的主要成果,重点是卫星等遥感资料在变分同化中的应用,高分辨非静力数值预报模式的发展,全球资料同化与中期数值天气预报系统的发展,数值天气预报系统的模块化与并行计算,数值天气预报新技术的研究等,并扼要介绍我国新一代数值天气预报系统的业务应用试验。最后,对我国数值天气预报的进一步发展做了讨论。
关键词:数值天气预报;科技创新;GRA PES
1 世纪之交的机遇与挑战
自20世纪50年代美国等国家率先建立数值天气预报业务以来,随着数值预报理论与方法的进一步发展以及计算机、大气遥感等科学技术的飞速进步,数值预报质量不断提高,并已经成为制作中、短期天气预报的最有效的科学方法。在数值预报模式基础上发展起来的大气数值模拟也已经成为大气科学研究的主要手段之一。数值天气预报在一定程度上反映了一个国家气象科技的综合水平,各发达国家都十分重视数值预报系统的持续发展,把它作为推进气象科技进步的重点之一[1]。
我国是国际上开展数值预报研究较早的国家之一,但直至20世纪70年代后期才起步建立数值预报业务系统,比发达国家晚了整整四分之一个世纪;加上当时数值预报业务的支撑条件,如计算机与资料库等,都与国外有很大差距。因此,为了在短时间内建立起我国数值预报业务以满足当时的业务与服务需求,主要采取了通过移植国外业务模式与相关软件的发展策略。通过这一途径,20世纪80年代末至90年代初,我国的数值预报业务体系已经基本建立起来,它包括国家级的全球同化与中期预报系统、中国区域资料同化与降水预报系统、热带气旋预报系统以及部分区域中心的有限区同化预报系统和局地高分辨中尺度预报系统。以后又开展了集合预报等业务系统。20世纪90年代初我国跻身少数能够发布中期数值预报的国家,这在国际气象界引起了强烈反响。就数值预报业务的完整性与提供的产品来说,至20世纪90年代中期我国已与先进国家基本相同。
数值预报逐渐成为业务天气预报的重要基础,在气象业务与服务中发挥了重要的作用。但由于我国的数值预报业务化起步晚,长期以来支撑条件不足,研究规模很小,因此基础薄弱,科技水平及业务运行效果与先进国家相比存在很大差距。到新旧世纪之交,随着我国科技实力的增强,数值预报的支撑条件已经大大改善,为我国数值预报的发展提供了前所未有的机遇。与之对比,我国数值预报技术发展速度慢,国际上数值预报的新科学成就不能被有效利用并产生业务效益的问题凸现出来。而社会对气象预报的需求却大大增加,我国的数值预报面临着重大挑战。如何利用国家经济发展提供的有利条件,促进数值预报的跨越发展,满足对高质量预报的需求,成为科学家与管理部门共同关注的问题。
1999年中国气象局组织了一批数值预报业务与科研第一线的专业人员,对国际数值预报的发展动向与我国的成就及问题进行了比较全面的调研。其后形成的报告在充分肯定我国数值预报发展的成就的同时,也指出了我国数值预报发展中存在的主
第17卷5期2006年10月 应用气象学报
JOU R NAL OF AP PL IED M ET EOROL OGI CAL SCIEN CE
Vol.17,N o.5
October2006
国家 十五科技攻关项目 中国气象数值预报系统技术创新研究(2004BA607B)和国家自然科学基金重点项目 中国强降水天气预报研究(40233036)共同资助。
2006 06 29收到,2006 07 30收到再改稿。
要问题!。其中最重要的有3个方面:由于缺乏先进的同化技术,无法使用大量涌现的遥感资料,致使数值预报的初值误差很大;数值预报模式缺乏针对东亚季风区的天气过程的深层优化,致使模式对我国的重要天气过程的模拟预报能力偏低;多个互不相关的业务系统在同一个业务中心同时运行,致使系统运行维持与升级周期长,远远落后于计算机与气象现代化发展的速度。而这些问题的产生与我国的业务数值预报基本上建立在从发达国家移植的模式或系统的基础上、自我创新能力弱有很大关系。一方面新技术的获取在很大程度受到供方的制约,我们不可能集约化地组织自己的发展;另一方面也缺乏对引进系统进行深层次优化的能力。尽管在我国数值预报业务发展的初期,这是不可避免的,但要推进我国数值预报的进一步发展就必须加大数值预报的自主发展与创新。
2 科学技术关键与发展计划
纵观近20年数值预报发展,有3个最引人瞩目也是影响最深远的变化。首先是资料变分同化方案的发展,使大量遥感资料被同化到数值预报模式,基本解决了数值预报缺乏观测资料的问题。第二是数值预报模式包含的动力与物理过程不断向真实大气逼近,由于分辨率的提高与计算方法的改进使模式对大气的动力学简化大大减小,因而描写中小尺度动力过程的误差减小。模式包含的物理、化学过程也愈来愈丰富,特别是云内的微物理过程被显式地引入到数值预报模式,大气与地球其他圈层模式的耦合提高了模式对复杂物理过程描述的能力。第三是充分利用计算机技术发展所提供的机遇,集约化地发展数值预报系统,大大缩短了系统的升级周期。相比之下,我国恰在这3个方面表现出发展的滞后。因此,要实现我国数值预报的跨越发展,应该通过自主研究与开发,首先在数值预报发展的以下几个关键科学技术问题上取得突破:以遥感资料为主要对象的资料三维与四维变分同化系统的发展;多尺度通用非静力动力模式内核的发展;以云和降水为核心,包括陆气、海气相互作用的、面向东亚季风区特点的模式物理过程方案的发展;与当代高性能计算机的体系结构相适应的数值预报的计算机程序实现方案,特别是并行计算与程序的标准化、模块化。
20世纪90年代后期我国数值预报自主发展的紧迫性引起了广泛地关注,当时立项的国家重大基础研究计划项目 我国重大天气灾害的形成机理和预测理论研究首先开始了对我国新数值预报模式的前期研究。2001年国家科技部与中国气象局共同支持了为期5年的 中国气象数值预报系统技术创新研究项目,并将其列入国家 十五科技攻关计划的重点之一。这一项目的目标是在可预见的21世纪初叶高性能巨型计算机能力和可获取的高时空分辨率气象观测资料条件下,充分吸收国内外的研究新成果,自主开发建立一套具有持续自主创新能力的气象数值预报新体系,包括资料四维变分同化系统、有限区域中尺度数值预报系统、全球中期天气数值预报系统以及环境支持系统,其技术性能达到国际同期先进水平。通过项目的实施,在不到5年的时间里一个新的全球与区域同化预报系统(Glob al Reg ional Assimilation and Prediction System,简称GRAPES)已经建立起来并基本具备了业务应用能力。下面将概要介绍GRAPES的主要科学技术成果。由于GRAPES相当一部分成果目前还没有公开发表,其内容主要取材于项目验收时提供的科学技术报告,除已经正式发表的部分,均不一一列出原始文献,对科学内容的引用请以正式发表的论文为准。这一时期国内其他方面数值预报研究成果不包括在本文中,有兴趣的读者可参阅其他文献。
3 遥感资料的同化
资料空缺历来是长期制约我国数值预报发展的第一难题。借鉴国际上解决数值预报资料问题的经验,参加资料同化课题研究的科学家们首先发展了三维资料变分同化系统GRAPES 3DVar[2 4],并在GRAPES 3DVar系统框架内引入快速辐射传输模式作为观测算子,实现了对卫星垂直探测器的辐射率资料的直接同化[5 7],以及其他遥感资料(如多普勒天气雷达、卫星导出产品)[8]和常规观测的同化。这一变分同化系统根据预报模式的特点,采用全格点系统和有特色的最优化预条件方案,具有良好的计算性能,适用于全球或我国有限区域的运行。经过大量的准业务环境试验,不断改进、优化和升级,目
!面向21世纪的中国气象数值预报.面向21世纪的中国气象数值预报创新技术工程体系预研究课题组印发,2001.603
5期 薛纪善:新世纪初我国数值天气预报的科技创新研究
前该系统已具备了同化常规观测资料、极轨卫星(NOAA16,NOAA17,NOAA18等)搭载的垂直探测器ATOVS 的辐射观测资料、静止卫星云导风以及多普勒雷达风廓线(VAD)资料的能力。由于A TOVS 等星载垂直探测器的辐射观测在数值预报可用的卫星定量观测中占的比例最大,而国际上解决资料问题的主要途径就是建立卫星资料,特别是卫星辐射观测的直接同化系统,因此这一系统的开发成功,为解决我国数值预报的资料问题创造了条件。图1给出了利用GRAPES 3DVar 直接同化卫星A TOVS 资料对2004年7月云娜台风路径预报的影响,可以看出ATOVS 资料的直接同化对台风预报
改进的贡献是十分明显的。
图1 卫星资料的应用对2004年云娜台风
路径预报的影响
[7]
我国青藏高原地区与亚洲大陆的腹部也是常规资料十分匮乏的地区,而目前资料同化所使用的辐射传输模式中地表辐射计算的误差是卫星资料同化的重要误差来源之一。利用部分对地面敏感的微波通道辐射观测反演出地表比辐射率,再应用于其他微波通道的辐射计算,提高了辐射传输模式中大气顶辐射强度的计算精度,从而改进了卫星资料同化的效果。这一方案已经被引入到GRAPES 3DVar 所采用的快速辐射传输模式RT TOV 7中,改进了陆地上空的微波资料同化,无论对同化系统,还是对辐射传输模式的应用都有重要价值[9]。
在GRAPES 3DVar 的框架内开展了对多普勒雷达的径向风与回波强度的直接同化研究,在分析变量中增加了垂直速度与大气中的水凝物变量,将关于径向风与回波的观测算子引入3DVar 系统,不仅改进了风的分析,还提供了云的信息,个例试验结果表明对台风与暴雨的预报都有积极的影响。
继GRAPES 3DVar 以后又发展了一个四维变分同化系统GRAPES 4DVar 。它是GRAPES 3DVar 的
扩展,将模式的时间积分引入到同化系统,可以同化不同时刻的观测资料,并且实质上得到依赖于实际气流变化的背景场的误差分布。GRAPES 4DVar 的发展采取了国际上多数业务中心的4DVar 的增量同化策略,计算量最大的最优化过程是在较低的分辨率上进行的,但非线性预报模式的积分与非线性观测的计算都是在完全分辨率下进行的,既保证了预报轨迹与观测新息向量(innovation vectors)计算的精度,又节省了计算量。与多数业务中心不同的是直接采用了非静力预报模式,这一点类似于国际上主要用于研究的中尺度四维变分同化系统(如MM5 4DVar),但比针对研究的同化系统具有更丰富、实用的观测算子。四维变分同化是当前国际上被认为最有效的资料同化方案,但发展的难度很大,除欧洲中期预报中心在20世纪90年代后期应用于业务外,大部分发达国家也只是在最近几年才在业务中得到应用。GRAPES 4DVar 是我国建立的首个针对实际运行的预报模式的四维变分同化系统,为我国资料同化系统的进一步升级打下了基础。GRAPES 4DVar 又是国际上为数不多的采用非静力模式的四维变分同化系统之一,并且比前几年国外发展的MM 5 4DVar 等同化系统具有同化真实观测资料的能力,特别是直接同化卫
星遥感资料的能力。GRAPES 4DVar 研发过程中建立的切线性与伴随模式还可以应用于观测敏感区的诊断与集合预报的初值扰动。GRAPES 4DVar 的完成是我国资料同化领域的一项重大突破,对我国资料同化水平的进一步提高具有重大意义。在发展GRAPES 4DVar 的过程中,参与研究的计算数学领域的科学家还发展了一套计算机自动微分系统,它不仅成功地完成了GRAPES 数值预报模式的切线性与伴随模式的开发,还可以在研究与软件发展中有更广泛的应用。
4 非静力模式动力框架的发展与模式精细
化
我国数值预报的模式发展与业务长期以来都采取根据不同的预报对象独立建立模式系统的策略。这样做使得单个系统的研究开发难度相对较小,但系统间重复多,总体运行维护与系统的升级成本很高,周期长,降低了数值预报的发展速度。GRAPES 借鉴国际上模式发展的新经验,制定了发展多尺度通用动力框架作为不同模式共同基础的技术路线。
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充分考虑到数值预报向精细化发展的需求,兼顾到向气候系统模式扩展的长远需要,在相同的理论设计方案与计算程序里,实现了静力与非静力可选,全球与有限区可选,水平与垂直分辨率可选[10 12]
。
GRAPES 模式是我国发展的首个配有复杂物理过程的大气非静力数值模式,采用高度地形追随坐标,并引用了半拉格朗日半隐式算法与其他一系列新的计算方案,解决了非静力平衡模式求解中的精度与数值计算方案快速收敛的问题,保证了模式的业务可应用性。GRAPES 模式已可以在细至0.1km,粗至500km 的水平分辨率范围,在有限区域与全球的范围进行预报或模拟运算。它成为新一代中尺度与全球模式的共同基础,并有可能成为新一代气候系统模式的大气分量模式与大气环境模式的基础。图2给出一个0.1km 分辨率进行密度流模拟的结果,这一结果与国际上其他非静力模式的结果以及目前国际上用来作为测试标准的结果吻合。对模式模拟的大气动能谱进行分析的结果也与国际上近年发展的模式,例如美国的WRF 一致。这些结果表明无论对于密度流这样浮力起主导作用过程的模拟,还是对大气中短波波段动力过程的描述,GRAPES 动力框架均与国际上同类模式的结果相当。对长波段的模拟能力并没有因非静力过程的引
入而降低。
图2 GRAP ES 模式密度流试验结果
(a~c 图分别显示积分300s,600s,900s 扰动
位温的演变过程,网格距为100m;由于对称性,试验结果有东西两支完全相同的气流,图中显示
的为向东运动的一支)(胡江林提供)
非静力动力模式的发展与复杂物理过程耦合后,提高了对我国灾害性天气预报,特别是中尺度灾害性天气预报的精细度。表1给出目前在GRAPES 非静力框架基础上发展的中尺度模式GRAPES Meso 所提供的物理过程选择。图3则是GRAPES Meso 对2003年伊布都台风模拟的例子,模式水平分辨率为0.1?(约10km)。高分辨率非静力模式的应用大大提高了对热带气旋的三维结构、螺旋云带分布的模拟能力。
表1 GRAPES 模式可选用物理过程参数化方案
显式降水
对流降水 长波辐射
短波辐射近地面层 陆面过程 边界层 !Kessler
#L i n(Purdue)?NCEP si m ple ice %NCEP mixed phase &Eta old microphysics ?Eta new microphysics (CAM S 简冰方案)大尺度降水迭代方案?ECM WF 大尺度降水方案
!New Kain Fritsch #Betts M i lle Janjicr ?
Kain Fritsch
!RRTM #GFDL ?ECM W F !Dudhi a s imple s hort wave #DFDL ?GSFC %ECM W F
!Similarity th eory
#M YJ surface
scheme
!T hermal diffusion #OSU/M M 5 LS M ?改进的
NCAR LSM
!M RF #M ellor Ya mada Janjic ?湍流二阶
闭合方案
在非静力动力框架基础上还发展了面向城市环境的预报系统GRAPES M eg a City 。与GRAPES M eso 相比,前者增加了城市冠层的参数化方案,因而提高了对城市热岛等特有的城市天气气候现象的
模拟能力以及城市灾害性天气预报的精度。同时也进行了耦合大气化学与气溶胶模式,以及驱动街区动力模式的试验,用以研究城市空气质量与街区尺度的风与温度场的分布,为建立新一代的空气质量模式,开展城市气象服务,特别是重大社会活动的气象服务奠定了新的基础。
5 全球中期预报系统的发展
与GRAPES Meso 类似,在GRAPES 多尺度通用动力框架基础上,一方面按照球面的几何特征确定全球预报模式的动力框架配置;另一方面按照全球中期预报的过程特征,在对模式物理过程方案进行优选与优化的基础上建立了中期预报模式的物理过程模块。两部分耦合形成全球中期预报模式GRAPES Global,并建立球面上的三维变分同化系
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图3 2003年7月22日12:00(世界时,下同)起始的24h 预报(伊布都台风)(徐国强提供)(a)500hPa 位势高度(单位:gpm),(b)700hPa 水汽场(单位:g/kg),(c)积云降水预报(单位:mm),
(d)网格尺度降水预报(单位:mm),(e)850hPa 水汽通量(单位:g +kg -1+m +s),
(f)沿20.5?N 温度距平的高度 纬向剖面图(单位:,)
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统,形成我国新的全球资料同化与中期预报系统。GRAPES Global 是目前国际上为数不多的全球非静力模式之一,在此之前只有英国和加拿大气象局实现了全球非静力模式的业务应用。GRAPES
Global 研究开发既需要解决非静力模式在球面上离散化,特别是极区离散化的一系列科学问题,也要针对全球不同自然地理与气候条件进行物理过程参数化方案的优化。前者涉及极地上各预报变量的离散化方案的优化,半隐式积分方案中一个三维椭圆方程在球面上的数值求解方案等。例如GRAPES 模式动力框架使用的半拉格朗日平流方案在球坐标系中,近似精度在球面曲率较大的地方会急剧下降。因此在GRAPES 全球模式中对于纬度高于80?的格点情况,采用旋转格点来求近极区的上游点。关于后者,则需要考虑物理过程方案对于广泛的天气气候与自然地理条件的适应性,因此全球模式包含的物理过程种类尽管与中尺度模式基本相似,但具体方案的选择不同,特别是沙漠、冰面等特殊的下垫面。例如陆面过程增加了新的选项,以便考虑在沙漠、冰面等多种下垫面上的适用性与模式计算的稳定性;而对于网格尺度降水方案,由于全球模式的网格相对较粗,而且对长期积分的稳定性要求更高,因此采用接近传统的大尺度凝结方案。此外,还根据国际上中期数值预报的经验,增加了对一些地区(如热带或高原邻近地区)有重要意义的浅对流、地形重力波拖曳等参数化方案。为了解决全球高分辨模式计算量较大的问题,还需要设计高效的全球并行计
算方案。
为了检验GRAPES 全球模式动力框架的正确性,设计了过极地气流、平衡流、Haurwitz 波3种理想场试验方案,其中平衡流试验与过极地流试验用于检验半拉格朗日插值、边界处理及极点处理的正确性,Haurwitz 波是线性正压涡度方程的准确解,可用于检验模式对长波的预报性能。GRAPES 3类试验结果与其他成熟的全球模式或理论的结果一致。
在GRAPES 全球模式与全球三维变分同化方案基础上发展了全球同化预报循环系统,从2005年开始进行批量天气实例的历史回报试验,对回报试验结果作了统计学与天气学检验。图4是2005年冬季与夏季5个月GRAPES Global 预报试验的质量检验,作为对比也列出相同分辨率的业务模式(从国外引进的谱模式T 213)的结果,图中的曲线是500hPa 高度预报与分析场的距平相关系数。此图反映出新发展的模式对改进全球中期预报确实有相当潜力。对一些重大天气事件,新模式也有突出的表现,例如由于新的同化预报系统使用了NOAA 卫星的ATOVS 资料并进行了资料偏差订正,2005年麦莎台风的预报得到明显改进,提前6d 正确预报了该台风登陆并北上的路径(图5)。目前GRAPES 全球资料同化与中期预报系统已经基本具备业务运行的能力,即将进入业务前的试验阶段。这一系统是我国首个自己发展的全球同化预报系统,标志着我国数值预报总体研究开发能力的提高,同时对于
自主发展我国新的气候系统模式也有很大意义。
图4 G RAPES 全球预报与相同分辨率从欧洲中期预报中心引进的谱模式T 213的
500hPa 高度预报与国家气象中心分析场的距平相关系数比较(杨学胜提供)
从总体上说,我国新一代数值预报系统不仅填补了我国在卫星辐射观测与多普勒天气雷达资料的变分同化、非静力平衡的具有各种物理过程的中尺度模式、高分辨的全球预报模式等研究的空白,使我
国在气象资料的同化与数值预报的模式发展技术方面逐步接近国际先进水平,也为我国数值预报业务水平的提升打下了良好的基础,对我国气象预报模
式的持续发展具有重要意义。
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图5 GRAP ES全球模式对2005年09号台风 麦莎
预报结果的比较
(起报时间为2005年8月1日12:00,预报时间为6d;
图中 N表示以NC EP再分析资料为初始场; G表示
以T213的12h预报场为背景场,通过GRAPES 3DVar
系统同化常规观测资料而得到的初始场; S表示以T213
的12h预报场为背景场,通过GRAPES 3DVar系统同化
常规观测资料和NOAA16,NOAA17的全球ATOVS
资料而得到的初始场; O表示我国对台风 麦莎
的观测路径资料)(韩威提供)
6 数值预报的集约化发展与数值预报程序
的标准化
前面提到我国数值预报模式长期以来存在更新周期长的问题,这和计算机的发展以及国际上的模式升级速度形成强烈对比。新一代数值预报系统研究开发过程中除了借鉴国际上的经验,采取多尺度通用模式动力框架和变分同化方案核心算法基础上发展各种具体预报系统的技术路线,并采取模块化与标准化编程,实现程序模块的可插拔,从而使系统的性能扩充容易实现。以变分同化方案为例,由区域三维变分系统向全球扩展只是替换了其中的一个与空间滤波方案有关的模块;而由三维变分同化向四维变分同化扩展时,前者的程序也基本保留,扩展部分集中在观测相关模块,大大缩短了研究开发的时间。从区域模式向全球模式发展的情况也相似。为了保证程序模块化与标准化,专门制定了GRAPES的程序规范,对语言选用与语法限制、变量命名与存放约定、子程序编写都有明确的规定,并从适应多平台并行运算的角度出发设计了系统的多重程序结构与区域分解方案[13]。GRAPES程序规范是我国首个针对数值预报模式发展制定的程序标准,对于天气与气候系统数值预报模式的长远发展与各个部门与领域的科学家的广泛参与都有很大意义。
7 朝向数值天气预报的持续创新
GRAPES的长远目标是推进我国数值预报的持续发展。从长远讲,迄今的成果只是一个起点。我们在解决我国业务数值预报系统升级的紧迫问题,即开发面向业务应用的新一代系统的同时,也在数值预报的前沿领域的研究取得了一系列成果。
在资料同化方面,考虑到四维变分同化方法尽管有多方面的优势,并在业务应用上取得很大成功,但也存在一些本质性的困难,如物理过程的处理等。跟踪国际上最近几年的新发展趋势,基于GRAPES 预报模式的集合Kalman滤波资料同化的原型系统也建立起来了。它的特点是将GRAPES 3DVar系统与集合Kalman滤波结合在一起,具有集合Kalman滤波考虑依赖气流变化的背景场误差的优点,又具备原来GRAPES 3DVar在业务运行上的可行性与使用多种观测资料的能力,提供了GRAPES Var以外的另一种选择。它们可应用于中尺度同化或者直接与集合预报系统相连接,形成同化与集合预报初值扰动统一的循环。同时在多普勒雷达反射率资料同化的基础上进一步研究了具有显式云过程的模式的云中水凝物变量的初值形成,即通常所说的模式热启动问题,在新的GRAPES 3DVar版本中提供了这一选项。针对分析误差估计,将集合Kalman滤波简化为集合Kalman变换(ETKF),利用观测量对分析误差减小的贡献又建立起一套预报对观测敏感性的诊断系统,可以用以进行适应性观测的研究,为我国参与国际观测系统研究与可预报性试验(THORPEX)提供了一个试验平台,对推进我国观测系统的研究也有很大意义。
在模式动力框架方面,引入了近年国际上出现的 阴阳网格,初步结果表明是球面上格点模式的一种好的网格设计方案,可能被GRAPES全球模式的进一步发展所采用。基于初值与模式物理过程扰动的GRAPES集合预报试验系统也已经建立起来,为中期与中尺度集合预报打下了基础。
在数值预报的领域与内容的扩充方面,以GRAPES变分资料同化、中尺度模式等基本系统为基
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础,近几年又通过与大气化学与气溶胶、大气电学等模式的耦合开展了沙尘暴 气溶胶模式(GRAPES DAM)[14]、城市空气质量模式、雷电模式的研究开发。其中沙尘暴预报已经作了超过1年的实时预报试验,显示了较好的应用价值。同时还发展了面向临近预报的短周期(例如1h)资料同化系统,也已经具备业务应用的可能。
我国进入新世纪以来数值预报的研究开发尽管已经取得了多方面的可喜成就,但无论从满足业务与服务的需要,或者与国际上当前数值预报的发展相比,薄弱的环节还很多,需要特别加强的是模式物理过程的研究。数值预报模式一般提供多种物理过程方案选择,GRAPES也不例外,但众多方案都基于国外的研究,针对中国的天气气候与自然地理特点的物理过程方案的研究或物理方案的优化做得较少,这是一些数值预报模式在我国应用,效果常常退化的重要原因,而至今GRAPES的研究,在这方面仍然相当薄弱,需要作为我国数值预报持续发展的一个重点研究方向。
当前正在实施的国际 观测系统研究与可预报性试验计划(THORPEX)是一个旨在加快数值预报发展的大型国际研究合作计划,由多国科学家共同起草的计划实施方案[15]提出了通过计划实施可提供的成果,包括:建立制作14d预报的全球交互式预报系统的原型;制作可用的14d天气预报,并使预报的不确定性量化;与其他国际计划合作建立新的全球模式,其大气分辨率达到1km,海洋分辨率达到10km,用于1d至100d的天气和气候系统的预报;把当前天气预报技巧水平改进的速度由平均 每十年可信预报时效延长一天提升为 每十年延长两天;采用新的观测策略和资料同化,使各个国家中心能够有效地利用新的全球地球观测结果;在社会经济决策中形成全面利用概率预报信息的能力。这些意见大致代表了当前国际科学界对未来5 ~10年中数值预报发展水平的展望,可以作为我们确定未来发展的科学技术目标的借鉴。相比之下,我国还有相当长的路要走,在今后的5~10年中必须充分利用现有的基础,并跟踪国际上的新发展成果,继续坚持自主创新的道路,才能实现我国数值预报的跨越。
致 谢:感谢国家 十五科技攻关项目 中国气象数值预报系统技术创新研究各个课题组提供的大量最新研究结果及允许引用部分图表。
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现.应用气象学报,2005,16(4):539 546
[14] 李耀辉,赵建华,薛纪善,等.基于GRAPES的西北地区沙
尘暴数值预报模式及其应用研究.地球科学进展,2005,20
(9):999 1011.
[15] THORPEX国际研究实施计划.WMO/T D第1258号,WWRP/
THORPEX第4号(中文版)2005.
609
5期 薛纪善:新世纪初我国数值天气预报的科技创新研究
Progress of Chinese Numerical Prediction in the Early New Century
Xue Jishan
(Chinese A cademy of Meteor ological Sciences ,Beij ing 100081)
Abstract
T he main achievements of the national key research project Innovative Researches on Chinese Numerical Weather Prediction System ,w hich is conducted in 2001?2005co sponsored by Chinese Ministry of Science and T echnology and China M eteorological Administration are review ed.Aim ing at the development of Chinese next g eneration numerical w eather prediction (NWP)system w hich w ill be able to improve the NWP benefited from the availabilities of more powerful computer facilities and observational data w ith higher temporal and spatial res olutions,the project focuses on four main issues.T hey are the development of advanced data assimilation sys tem ,the development of unified model dynamic core suitable to different scales,optimization of model physics and parallel computing of NWP model in high performance computer environment.It is expected that the appli cations of advanced technologies in the new NWP system w ill result in better performance and hig her flex ibility for the further upgrading of the system along w ith the further improvement of computer resources and data avail ability in the near future.
As the main results of this project,a new Global and Regional Assimilation and Prediction System (GRAPES in short )is developed.The main com ponents of the system are the data assim ilation system GRAPES 3Dvar,the global NWP model GRAPES global and the regional NWP model GRAPES Meso.GRAPES 3DVar is a three dimensional variational assimilation system suitable to both reg ional and global do mains w ith the capability of assimilating unconventional remote sensing data,such as the radiation data from me teorological satellites.Follow ing GRAPES 3DVar,a four dim ensional variational data assimilation system (GRAPES 4DVar)is also developed,GRAPES Global and GRAPES M eso are based on the same unified dy namic core w ith hydrostatic or non hydrostatic options.A package of model physics plug compatible w ith the above model dynamic core is developed.In order to ex ploit the grow ing computer resources,parallel computing is one of the main issues in the research and the GRAPES softw are architecture is org anized as a three level hier archy to make the system easily transplanted to different computers.
T he preliminary results of real time pre operation experiments in a period longer than one year are presented and analyzed briefly too.It shows that the performance of GRAPES is encouraging,but the further improve ment is still a critical task to meet the needs of high quality forecasts of severe w eather events in China.Key words:numerical weather prediction;innovative researches;GRAPES
610
应 用 气 象 学 报 17卷
新时代气象高层次科技创新
新时代气象高层次科技创新人才计划推荐表 推荐类别：青年气象英才 推荐人选刘维成 专业领域：天气预报 工作单位：兰州中心气象台 推荐单位：甘肃省气象局 填报日期：2020年7月20日 中国气象局制 2020年7月
推荐人选承诺 本人在气象“十百千”人才计划推荐评审过程中诚实守信，表中所填写的内容及所提供的材料都是真实客观、准确有效的。如有任何不实或隐瞒，本人愿意承担由此引起的相关责任，并按有关规定接受处理。 推荐人选签名： 日期：年月日
姓名刘维成性别男民族汉族出生年月198411 政治面貌中共党员 工作单位（填写法人单位） 甘肃省气象局 兰州中心气象台 参加工作时间200606 身份证号 现职称（资格时间）高级工程师 （201612） 岗位级别 （聘任时间） 专技六级 （202007） 现工作岗位预报服务手机 近3年年度考核情况2017年：优秀2018年：良好2019年：优秀是否为国家人才工程人选否入选年份 是否为原“双百”计划人选否入选年份 是否为原气象部门青年英才否入选年份 是否为原气象部门西部优秀 青年人才津贴获得者 否入选年份 主要学习经历教育类型起止时间校（院）、系及专业学历学位全日制20 成都信息工程大学电 子工程系电子信息工 程专业 大学本科学士在职学习20 兰州大学大气科学 学院气象学专业 —硕士
二、专业能力和业绩成果
（二）获得奖励和荣誉情况（仅填写科技、人才、业务技术个人奖励和荣誉，限填5项。其中气象领军人才、首席气象专家推荐人选应填写省部级以上奖励和荣誉，青年气象英才和西部、东北优秀气象人才推荐
最新科技创新奖励细则资料
附件1 中央企业科技创新成果经营业绩 考核奖励细则（试行） 为引导、鼓励中央企业提高自主创新能力，促进中央企业做强做优、科学发展，依据《中央企业负责人经营业绩考核暂行办法》（国资委令第22号），制定本细则。 一、适用范围 本细则适用于经营业绩考核期内取得重大科技创新成 果（含中央企业所属单位及控股公司的成果），需要给予考核奖励的中央企业。重大科技创新成果专指： （一）国家科学技术进步奖特等奖、一等奖，国家技术发明奖（中央企业为项目完成人所属企业，原则上为获奖职务发明的权利人）一等奖、二等奖。 （二）国家知识产权局和世界知识产权组织共同授予的中国专利金奖。 （三）国际标准化组织ISO、国际电工委员会IEC、国际电信联盟ITU正式发布的国际标准。 结合实际对军工企业的科技创新成果予以实事求是的 考虑。 二、奖励原则 （一）公开、公正、公平。
（二） 突出重点，有据可依。 （三） 年度考核加分奖励和任期考核特别奖励相结合。 三、奖励方式 （一） 中央企业在考核年度获得国家科学技术进步奖、 国家 技术发明奖，国资委在年度业绩考核中给予加分奖励。 具体加分方法： 1?中央企业作为第一完成单位，获得国家科学技术进步 奖特 等奖、国家技术发明奖一等奖考核综合得分每项加 分；获得国 家科学技术进步奖一等奖、国家技术发明奖二等 奖考核综合得 分每项加0.4分。 2?中央企业作为第二完成单位，获得国家科学技术进步 奖特等奖、国家技术发明奖一等奖考核综合得分每项加 分；获 得国家科学技术进步奖一等奖、国家技术发明奖二等 奖考核综 合得分每项加0.2分。 3?中央企业虽然不是第一、第二完成单位，但除政府部 门以外为第一、第二完成单位的，视同第一、第二完成单位 加 分。 （二） 中央企业在考核年度获得中国专利金奖，国资委 在年度业绩考核中给予加分奖励，考核综合得分每项加 分。 （三） 中央企业在考核年度主导制定或联合主导制定了 由国0.6 0.3 0.3
企业的技术创新体系建设经验
企业技术创新体系建设经验 中央企业是我国技术创新能力积累时间最长、技术创新制度建设和基础设施最为完善、总体技术创新能力最强的一类企业，在国家创新体系建设中发挥着举足轻重的作用。多年来，央企从肩负的责任和使命出发，坚持依靠技术创新支撑和引领业务发展，大力实施技术创新体系建设工程，取得了一系列如高速铁路、载人航天、探月工程、西气东输等丰硕的成果，并积累了宝贵的经验。认真归纳总结现有的成功做法和经验，对进一步加强央企技术创新体系建设，推进国家创新驱动发展战略的实施具有重要的参考意义。 1典型央企的成功做法 为充分掌握央企技术创新体系建设的实际情况，本文对中国航天科工集团（简称航天科工）、中国石油天然气集团公司（简称中国石油）、中国石油化工集团公司（简称中国石化）、中国移动通信集团公司（简称中国移动）、国家电网公司（简称国家电网）等10多家典型央企进行了现场调研和案例分析。依据对典型央企的实地调研情况，央企技术创新体系建设的成功做法可概括为以下六方面内容。 1.1把技术创新作为公司的核心战略，建立起比较完善和有效的决策和规划体系一是把技术创新作为公司的核心战略之一。按照国家“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未
来”的科技工作方针和“创新驱动发展”战略，结合公司实际，以提升自主创新能力和产业发展驱动力为核心，制定公司科技发展战略、目标任务、战略重点，确定年度计划，并按照“探索一代—预研一代—研制一代—生产运用一代”的思路，制定有序接替的科研计划体系。二是设立科技决策规划与管理体系。设立了由主要领导牵头、各业务部门负责人参加的科学技术委员会，负责公司重大技术创新战略问题决策。同时，为了落实公司科技战略规划、规范科技管理工作，央企集团层面大都设立了行使科技管理职能的相关部门，负责公司科研项目管理、科技规划计划、科技条件平台建设、科研成果管理、科技奖励、考核监督指导下属单位科技管理工作，以及对外科技交流等；在子公司层面，根据具体情况设立对口部门，配备专职科技管理人员，负责组织科技规划和项目建议计划编制，组织科技项目实施和新技术推广应用，开展技术需求分析等。三是组建辅助科技决策的专家咨询团队。部分央企设立了专门的技术咨询委员会，由内外部专家组成专家团队，对重大事项开展调查研究，提出咨询意见和建议。有的央企在技术咨询委员会的基础上，还按领域组建专业分委员会，为公司各类技术决策提供咨询意见，支撑公司科技决策。以航天科工为例，公司建立了以顶层战略为导向的技术创新决策机制（图1）。公司成立了由“一把手”负责的发展战略与规划编制领导小组和工作办公室，负责组织、
数值天气预报基础
数值天气预报基础教学大纲 开课院系：海洋环境学院 教学大纲撰写人：贾英来撰写时间： 2008 年 3 月15 日 课程编号： 课程名称：数值天气预报基础 英文名称：Introduction to Numerical Weather Prediction 推荐使用教材：数值天气预报编者：沈桐立，田永祥，葛孝贞，陆维松，陈德辉 出版社： 气象出版社 出版日期：2003-9-15 , ISBN：7502919724/P.0751, 课程总学时：34 总学分：1.5 含上机学时：17学 分：0.5 周学时： 2 学期安排：三年级第二学期 课程教学目标与基本要求(是否双语教学)： 教学目标：掌握数值天气预报的基础理论和基本方法，包括σ垂直坐标系以及地图投影坐标系下的大气运动方程组；几种常用的地图投影（麦卡托、兰勃脱、极射赤面投影）；数值差分方法；时间积分方案；采用差分近似所带来的各种问题，比如线性计算不稳定，有限网格下的误差，非线性计算不稳定等；以及减小计算误差和克服计算不稳定常用的方法—平滑和过滤。教学目的是为了向学生传授数值天气预报基本知识，培养学生根据大气运动微分方程组构建数值预报方程的能力，能够对所建立的差分方程组进行稳定性及误差分析，并采取相应的措施来减小计算误差，提高稳定性。 基本要求：汉语教学 考试形式：考试（其中理论课成绩占50％，编程实践课成绩占35％，课堂表现占15％） 课程内容与学时分配：
章节授课内容授课模式学时 绪 论数值天气预报的诞生、发展及现状多媒体教学 1 第三章数值计算方案 §1 差分方法 §2 时间积分方案 多媒体教学 多媒体教学 1 2 §3 线性计算稳定性 讨论＋多媒体教学 4 §4 三层格式的计算解 §5 有限网格下的误差 §6非线性计算不稳定 §7平滑和过滤 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 1 1 2 2 第一章大气运动的基本方程组 §1 旋转坐标系中的基本方程组 §2 球坐标系中的基本方程组 §3局地直角坐标系中的基本方程组 §4 P坐标系中的基本方程组 §5 σ坐标系中的基本方程组 §6 大气运动基本方程组的简化 §7涡度方程和散度方程及其简化 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 1 1 第二章 地图投影坐标系中的大气运动基本方程组 §1 地图投影 §2 普遍的正交曲线坐标系中的基本方程组§3普遍的地图投影坐标系中的基本方程组讨论＋多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 4 上机实习1编写计算兰勃脱地图投影放大系数和科氏参 数的FORTRAN程序 上机实习 2 上机实习2编写计算mecartor地图投影放大系数的 FORTRAN程序 上机实习 2 上机实习3:用欧拉后差和中央差方法求解一维线性平 流方程 上机实习 2 上机实习4对给定的时间序列和空间场进行平滑并绘图上机实习 2 上机实习5编程把σ坐标系下的数据转换到p坐标下上机实习 2
数值天气预报习题
1. 试证明球坐标系中单位矢量i 的个别变化率为。 () k j r u dt di ???cos sin cos -= 2. 试说明局地直角坐标系(即z 坐标系)中的运动方程与球坐标系中的运动方程有何异同? 3. 在等压面p 与p p δ-之间有一气柱,其横截面积为y x δδ,气柱内的空气质量为M δ。试根据该气柱在运动过程中其质量守恒的原理导出P 坐标系中的连续方程为 =??+??+??p w y v x u 4. 应用()t z y x ,,,、()t p y x ,,,两坐标系因变量F 偏微商的转换关系式（1.69）和（1.78）证明 p z dt dF dt dF ? ?? ??=??? ?? 5. 应用()t p y x ,,,、()t y x ,,,σ两坐标系因变量偏微商的转换关系式（1.113）和（1.117）把P 坐标系中的连续方程 =??+??+??p w y v x u 转换到σ坐标系中去。 6. 应用σ坐标系中的连续方程（1.126）把该坐标系中分量形式的水平运动方程写成通量形式。 7. 已知小尺度运动系统龙卷的物理变量特征尺度为：L ~210米，D ~410米，U ~50米?秒1-，W ~1米?秒1-，p h ?~40百帕。应用尺度分析方法简化运动方程（1.132）~（1.134），使其适用于龙卷尺度的运动。对于这种小尺度运动，流体静力近似是否成立？ 8. 已知中尺度运动系统台风的物理变量特征尺度为：L ~510米，D ~410米，U ~100米?秒1-，W ~10米?秒1-，p h ?~40百帕。应用尺度分析方法简化运动方程（1.123）~（1.134），使其适用于台风尺度的运动。对于这种中尺度运动，流体静力近似是否成立？ 9. 试说明涡度方程（1.149）中辐散项、倾斜项和力管项引起涡度局地变化的物理机制。 10. 涡度方程（1.170）有哪几种简化形式，它们各有什么特点？ 11. 散度方程（1.175）有哪几种简化形式？它们各有什么特点？它们描述了哪些物理量场之间的平衡关系？
新时代背景下对大学生科技创新活动的思考
新时代背景下对大学生科技创新活动的思考 摘要：在我国高校科技创新活动如火如荼的开展的新时代背景下，我们看到了科技创新的进步和成果，但是与此同时我们也不能忽略在发展中的问题。针对近些年中大学生科技创新活动中出现的一些新问题，提出了相应的解决办法。 关键词：大学生科技创新新问题解决办法 Thoughts of Scientific Innovation of University Students in New Era Abstract：It is obvious to achieve the achievement and progress of the scientific and technological innovation in new era When the science and technology innovations in universities of China are in full swing. But at the same time the problems in it can not be ignored. Through the practical teaching experience in recent years the author has found some new problems in the undergraduates’scientific and technological innovations, and put forward some corresponding points to solve the problems. Key words: undergraduates scientific and technological innovation new problems solutions 随着经济和信息时代的到来，社会对于大学生的创新能力提出了严峻的挑战，但是在面临挑战的同时我们也应该看到大学生创新能力
数值天气预报试卷及习题
南京信息工程大学大气科学专业《数值天气预报》试卷（A ） 年级― ――― 班级―― ― 任课教师： 姓名―― ――― 学号 成绩 1、 请写出σ坐标的定义？并给出水平气压梯度力在σ坐标下的形式？（8分） 2、 大气数值模式可以分为哪几类？（8分） 3、 已知地图投影直角坐标系中x 和y 方向的地图投影放大系数分别为m 和n ，请写出 散度V ??、标量平流A V ?? 的表达式。（8分） 4、 请写出A 2?的差分形式。（8分） 5、 对于一维平流方程：0=+x u c t u ????（其中c 为常数），时间、空间均采用向前差分格 式，写出对应的差分方程，并讨论其稳定性。（15分） 6、 请详细说明用数值方法求解准地转正压模式的具体计算步骤。（8分） 7、 请写出方程 ()0 vF F u F y y x x x t t =++对应的差分格式。（10分） 8、 设一维变量F i 可表示为如下谐波形式：()α++=i i kx cos F ?C F ，其中C 为一常数，F ?、k 和α分别为谐波的振幅、波数和位相，空间三点平滑算子定义为 () 1i i 1i i x i F F 2F 2S F F ~-++-+=，（1）请导出空间三点平滑响应函数的表达式；（2）试证 明：当S=1/2时，三点平滑可以完全滤除原谐波中波长为L =2?x 的波动。（15分） 9、 简述模式初始化的概念模式？简单说明模式初始化有哪些常用的方法？（10分） 10、什么是数值模式物理过程参数化？模式的物理过程参数化包括哪些主要的内容？ （10分） 南京信息工程大学大气科学专业《数值天气预报》试卷（A ） 标准答案及评分标准 1、 请写出σ坐标的定义？并给出水平气压梯度力在σ坐标下的形式？（8分） 答：（1）σ坐标的定义： （4分） （2）根据 ，气压梯度力在σ坐标下的形式：
关于新时代深化科技创新改革的思考
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/1e737452.html, 关于新时代深化科技创新改革的思考 作者：吴启明 来源：《科技创新与品牌》2018年第05期 为了突破现有以美国为中心的科技话语体系，我们希望在现有的科技创新体系中，中国有准备地顺应新技术科技的浪潮，围绕科研去中心化的理念，通过区块链与人工智能技术，融入共享科技模式，有序地搭建科技互联网平台：论文发表平台、专利数据平台及科研成果认证平台。其建立主要存在三个方面的意义：第一，科技互联网平台是落实创新型国家建设的重要抓手；第二，科技互联网平台是科研信息资源共享的有效载体；第三，科技互联网平台是传统科研平台的颠覆式创新。在科技互联网平台基础上，快速推进科技成果的发布、运用及认证，并叠加相关的衍生科技产品服务，从而抢抓科研成果归集的互联网阵地，迅速弯道超车、实现中国式科技创新。 一、共享创新模式提出的背景 1.历史脉络下中国科技创新模式 源于自身内在的特点，中华民族灿烂的文化孕育了先进的科技创新基因，产生了灿若繁星的科技成果，在世界科技体系上占有举足轻重的位置，一些铸造技术、建筑技术、焙烧技术至今为他国所称道。 然而，进入近现代社会，特别英国工业化革命之后，中国的科技创新体系未能跟上世界变化的发展，逐渐呈现出落后的趋势，也给中华民族也带来很多的苦难。建国后至今，中国科技创新迎头赶上、奋起直追、不断提升，在部分领域逐渐接近或达到世界水平，甚至在某些领域引领世界科技潮流。 为了更好地了解建国后我国科技创新的发展脉络，本文按照支持体系的阶段划分，将科技创新大致分为四个阶段： 第一阶段：1949年—1976年，以苏联工业化帮扶为主的支撑体系 在前苏联的帮助下，中国的工业体系、教育体系、科研体系都得到了质量的提升，但在两国关系破裂后，加上其它原因，科技的进步除了延续性质的发展，未能形成新的突破。 第二阶段：1978年—2000年，以日本市场出口需求的产业支援体系 在刚刚改革开放的时候，日本对中国的钢铁、电器等工业的支援很大，中国留学生的数量都有提高，但其实中国花费巨大，进口了大量的生产线，仍然缺乏核心的关键技术。 第三阶段：2001年—2014年，以美国为首发达国家的贸易服务体系
新时代科技发展三个新趋势
新时代科技发展三个新趋势 与人类未来生存密切相关的议题正在成为各国新技术发展的重要方向，在这一轮竞争中，谁能把握好未来，谁就能掌握更大的主动权。第一，前沿科技创业。当前科技前所未有地融入经济，前沿科技创业成为最新的趋势，典型的代表有西安、北京中关村、深圳。2017年11月，西安举办了全球首届硬科技创新大会，提出要把西安打造成全球“硬科技”产业发展的主阵地和示范区，反响很大；中关村连续三年推出前沿科技创业评选，评选出的60家企业中，已经有10家成为了独角兽企业（独角兽企业：成立10年之内、估值10亿美元以上）。创业，尤其是硬科技创业和前沿科技创业，是中国经济增长的持续动力。前沿科技创业以研究基础科学中的前沿问题为主，需要科学家的深度参与和资本的持续注入。可以说，科技人员在新时代将发挥越来越重要的价值。第二，探索未来。与人类未来生存密切相关的议题正在成为各国新技术发展的重要方向，在这一轮竞争中，谁能把握好未来，谁就能掌握更大的主动权。现在全球科技发展进入了“无人之境”，在未来探索方面，应该做更多的未来实验室和未来科学的研究。全世界对未来的研究代表着国家在科技领域的创新能力。如果说一百年前，欧洲引领着未来的科技发展，那么五十年前，美国的未来研究开始逐步引领全球，有若干研究未来的机构，如MIT科技评论、麦肯锡等，他们发布的报告影响力很大。现在中国在全球科技创新中已经有了自己的位置，中国在未来全球科技竞争中的位置取决于中国对人类未来的预测和把握能力。在未来的研发预测上，中国也要加强布局，不仅要有机构发布未来预测，科技界人士、产业界人士、经济学家也应该更多地关注关于未来的预测。第三，数据智能。数据智能包括大数据、云计算和人工智能三个领域，而这三个领域代表着科技发展最主要的方向。最近哈佛大学一位教授说，以前到哈佛大学去聘请教授的，大部分是其它学校的人；现在出现了新的趋势，来哈佛大学挖教授的，是大型科技企业。现在最新的研究数据不是从传统的学校的实验室获取，而是从平台型的大企业中获取，因此，越来越多的科学家愿意走出学校，到企业中去进行最新的研究。世界上哪个国家数据最多？肯定是中国。互联网+意味着互联网扫荡了所有行业，再加上中国人多，每个年轻人都在用智能手机参与社会和社交，中国又有引领世界的互联网平台，如阿里巴巴、腾讯、百度、京东等。所以，中国进入新经济的主要特征是数据智能，大量数据开始产生出来，产生竞争力，在未来十年中，中国科技的重点应该放在数据智能引领世界方面。
关于加强中央企业科技创新工作的意见
关于印发《关于加强中央企业科技创新工作的意见》的通知 各中央企业： 为深入贯彻落实科学发展观，加快推进中央企业转变发展方式，全面提升自主创新能力，我们研究制定了《关于加强中央企业科技创新工作的意见》，现印发你们，请认真贯彻落实。 国务院国有资产监督管理委员会 二○一一年六月十五日 关于加强中央企业科技创新工作的意见 为深入贯彻落实科学发展观，加快推进中央企业转变发展方式，大力实施科技创新战略，全面提升自主创新能力，不断提高发展的质量和效益，实现又好又快发展，现就加强中央企业科技创新工作提出以下意见。 一、指导思想、基本原则和总体目标 （一）指导思想。坚持以科学发展观为指导，贯彻落实“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的方针，围绕做强做优、培育世界一流企业的目标，以自主创新能力建设为中心，以体制机制创新为保障，以国家技术创新工程为依托，大力实施科技创新战略，全面提升企业核心竞争力，推动企业转型升级，在创新型国家建设中发挥骨干带头作用，实现创新驱动发展。 （二）基本原则。 坚持市场导向与国家发展需要相结合。企业科技创新活动要坚持以市场为导向，发挥市场在资源配置中的基础性作用。要根据国民经济发展规划和产业政策，将国家发展与企业发展紧密结合，统筹创新布局，在涉及国家安全和国民经济命脉的重要行业和关键领域、战略性新兴产业发挥引领和骨干作用。 坚持科技创新与体制机制创新相结合。要把握企业科技创新的内在规律，加强科技规划导向，确保组织机构落实、科技投入增长和重要研发平台建设。要努力突破科技创新的体制机制性障碍，激发科技创新体系中各要素的创新活力，增强企业创新的内生动力。 坚持立足当前和谋划长远相结合。要围绕主导产业，针对制约企业发展的技术瓶颈，确定科技创新方向，突破关键核心技术，满足企业当前发展需要。要结合国内外科技发展趋势，着眼提升长远竞争力，注重前瞻性、战略性和应用基础研究，加强技术储备，促进企业可持续发展。
关于加强中央企业科技创新工作的意见
国务院国有资产监督管理委员会文件 国资发规划〔2011〕80号 关于印发《关于加强中央企业科技创新工作的意见》 的通知 各中央企业： 为深入贯彻落实科学发展观，加快推进中央企业转变发展方式，全面提升自主创新能力，我们研究制定了《关于加强中央企业科技创新工作的意见》，现印发你们，请认真贯彻落实。 国务院国有资产监督管理委员会 二○一一年六月十五日 关于加强中央企业科技创新工作的意见为深入贯彻落实科学发展观，加快推进中央企业转变发展方式，大力实施科技创新战略，全面提升自主创新能力，不断提高发展的质量和效益，实现又好又快发展，现就加强中央企业科技创新工作提出以下意见。
一、指导思想、基本原则和总体目标 （一）指导思想。坚持以科学发展观为指导，贯彻落实“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的方针，围绕做强做优、培育世界一流企业的目标，以自主创新能力建设为中心，以体制机制创新为保障，以国家技术创新工程为依托，大力实施科技创新战略，全面提升企业核心竞争力，推动企业转型升级，在创新型国家建设中发挥骨干带头作用，实现创新驱动发展。 （二）基本原则。 坚持市场导向与国家发展需要相结合。企业科技创新活动要坚持以市场为导向，发挥市场在资源配置中的基础性作用。要根据国民经济发展规划和产业政策，将国家发展与企业发展紧密结合，统筹创新布局，在涉及国家安全和国民经济命脉的重要行业和关键领域、战略性新兴产业发挥引领和骨干作用。 坚持科技创新与体制机制创新相结合。要把握企业科技创新的内在规律，加强科技规划导向，确保组织机构落实、科技投入增长和重要研发平台建设。要努力突破科技创新的体制机制性障碍，激发科技创新体系中各要素的创新活力，增强企业创新的内生动力。 坚持立足当前和谋划长远相结合。要围绕主导产业，针对制约企业发展的技术瓶颈，确定科技创新方向，突破关键核心技术，满足企业当前发展需要。要结合国内外科技发展趋势，着眼提升
(完整版)数值天气预报试卷与答案
大气科学专业《数值天气预报》试卷（A ） 1、 请写出σ坐标的定义？并给出水平气压梯度力在σ坐标下的形式？（8分） 答：（1）σ坐标的定义：（4分） （2）根据 ，气压梯度力在σ坐标下的形式： （2分） 进一步利用状态方程有： （2分） 2、 大气数值模式可以分为哪几类？（8分） 答：大气模式的可以分为：??? ?? ?????????? ?? ??????????斜压原始方程模式正压原始方程模式原始方程模式平衡模式线性平衡模式非地转模式准地转斜压模式准地转正压模式准地转模式过滤模式数值天气预报模式 3、 已知地图投影直角坐标系中x 和y 方向的地图投影放大系数分别为m 和n ，请写出散度 V ρ ??、标量平流A V ??ρ的表达式。（8分） 答：V ρ??＝mn [? ?? ??n U X ??+? ?? ??m V Y ??] （4分）；A V ??ρ＝mU X A ??+nV Y A ?? （4分） 4、 请写出 A 2?答： 2 2222 y A x A A ??+??=?， 2 ,1,,122)(2Δs A A A x A j i j i j i -++-=??； 2 1 ,,1,2 2)(2Δs A A A y A j i j i j i -++-=?? 最终有：2 ,,1,11,1,,2 )(4)(Δs A A A A A A j i j i j i j i j i j i -+++= ?-+-+（8分） 5、 对于一维平流方程：0=+x u c t u ????（其中c 为常数），时间、空间均采用向前差分格式， 写出对应的差分方程，并讨论其稳定性。（15分） 答：（1）差分方程：t u u n i n i ?-+1＋c x u u n i n i ?-+1=0；（5分） （2）稳定性讨论：设i Ikx n n i e A u =，将其代入差分方程，可以求得增幅因子G ： x k sin I x k cos G ?β?ββ--+=1 ()()()0 1111122≤+?≤+-+=ββ?ββx k cos G
分析我国新时期的科技创新政策
分析我国新时期的科技创新政策 大众创业，万众创新 专业：食品科学学号：201411832021 姓名：郭强强 摘要：随着我国加快落实创新驱动发展战略，主动适应和引领经济发展新常态，大众创业、万众创新的浪潮在神州大地上激流涌动。大众创业万众创新热潮所孕育的奇迹已露端倪，只要我们从体制机制和政策上大力支持和鼓励大众创业万众创新，放手让一切劳动、知识、技术、管理、资本的活力竞相迸发，让一切创造社会财富的源泉充分涌流，让每一个创业创新者都拥有梦想成真的公平机会，必定能够开辟经济增长新天地，必定能够形成奋发进取的时代新风尚和社会繁荣新气象。因此，大众创业万众创新的重大现实意义和深远历史意义不可低估。 关键字：新动力体制改革科技创新社会进步 创业、创新是人类社会的永恒话题，也是社会经济发展的重要支撑。纵观人类社会的发展历史，我们可以发现，创业创新始终是社会进步、经济发展的重要源泉。改革开放30多年来，我国掀起过多轮创业创新浪潮，每一次都给社会经济发展注入活力。可以预期，随着新一轮创业创新大潮的到来，通过深化改革将激发数以亿计的各类人才的创业和创新潜能，从而为我国经济提质增效、可持续发展打造不熄引擎。 大众创业、万众创新为适应和引领新常态注入强大动力 当前，我国经济进入增速换挡、结构优化、动力转换的新常态，推进大众创业、万众创新就是要鼓励大众创业者应用新技术、开发新产品、创造新需求，培育新市场、打造新业态，为经济发展注入源源不断的动力和活力。 大众创新创业是保持“中高速”的新动力。从扩大消费需求看，推进大众创新创业将加快建立以市场需求为导向的创业生态，帮助创业者制造出满足个性化、多样化消费需求的高质量利基产品，挖掘产业“长尾”中蕴藏的富饶金矿，充分激发和释放新的消费潜力；从增加投资需求看，大众创新创业将引导社会资本投向新技术、新产品、新业态和新商业模式，不断创造新的投资空间，创新投融资方式，保持经济中高速增长[1]。 在去年的夏季达沃斯论坛上，李克强总理第一次提出“大众创业、万众创新”。在开幕式上发表特别致辞，首次将“大众创业、万众创新”称为中国经济的“新引擎”。他说，体制的创新，可以激发亿万人的创造力，也可以改变亿万人的命运。在达沃斯，李克强总理提到了淘宝村，东部一个700户的小村子，开了2800家网店，一个人干几个人的活。李克强总理曾多次说过：“对网购、快递新经济、新业态要高度重视。总不能让新的去适应旧的，更不能让脚适应鞋”。他还经常讲：“要善待草根创业者，善待年轻人。只有他们有希望有期待，国家才会有未来。”“大众创业、万众创新”不仅给许多年轻人一个追梦的机会，对社会经济来说也具有极其重要的现实意义。 今年两会上，李克强总理在政府工作报告中指出要把“大众创业、万众创新”打造成推动中国经济继续前行的“双引擎”之一。把“大众创业、万众创新”写入政府工作报告，并给予特殊强调，这绝不是偶然的。。李克强总理在2015年《政府工作报告》中提出，打造大众创业、万众创新和增加公共产品、公共服务“双引擎”，推动发展调速不减势、量增质更优，实现中国经济提质增效升级[2]。
《数值天气预报》名词解释期末总结
1.模式初始化：观测资料和分析资料的误差导致风场和气压场的不平衡；初始 资料和数值模式之间的不平衡。因此，需要对模式初值进行处理，称为模式的初始化。 2.初始化方法：静力初始化；动力初始化；变分初始化； 3.静力初始化：又称静处理，指利用一些已知的风压场平衡关系，或运用运动 学方程等求得的诊断方程来处理初值，使得风场同气压场平衡或者近似平衡的方法。 4.动力初始化：又称动处理，这种方法是借助于原始方程模式本身所具有的动 力特性，经过一些合理的步骤，使得重力惯性波阻尼或者被滤去，而得到接近平衡的初值。 5.变分初始化：该方法通过变分原理，使初始资料在一定动力约束下调整，达 到各种初始场之间协调一致的方法。 6.资料同化：将常规资料和非常规资料（卫星、雷达等）有机融合在一起，以 得到一个更加符合实际大气状况的分析场。常用于为数值模式提供初始场或者用来更新预报值。 7.资料同化内容：三维资料同化：初始资料的同化； 四维资料的同化：初始资料的同化和预报过程的同化。 8.常用的水平侧边界：固定的边界条件； 法向速度为零的边界条件 海绵边界条件； 外推边界条件； 周期边界条件； 嵌套边界条件：单向嵌套：双向嵌套： 9.正压原始方程模式的物理模型： 大气为正压状态；大气为均质不可压流体；大气处于静力平衡；大气上边界为自由面；不考虑摩擦以及非绝热作用；、 10.正压原始方程有总涡度、总绝对涡度和总角动量守恒 11.正压原始方程模式由于保留了快速移动的重力惯性波，时间积分步长必须取 小，这会使得数值计算的工作量增加。 12.守恒空间差分格式：保持原微分方程积分性质的空间差分格式。 13.一次守恒格式： 14.二次守恒格式： 15.二次守恒格式也是一次守恒格式 16.欧拉后差格式特点： 可以阻尼高频振荡；显示格式，计算简单；稳定性较好；不存在计算解的干扰；条件稳定，时间步长需要取小，因而计算耗时多；精度低； 17.正压原始方程模式中为了抑制计算解对结果的影响，通常采用三步法起步的 时间积分方案。三步法起步的时间积分方案中利用了欧拉差分以及中央差。 18.在时间积分过程中，为阻尼高频振荡，抑制计算解的干扰，可以穿插进行时 间平滑。 19.为了滤除短波扰动，抑制非线性不稳定，可以穿插进行空间平滑。边界内第 一圈格点，进行九点平滑。内点进行五点平滑。 20.正压原始方程性能说明：模式中存在快波，为保证计算的稳定性，时间步长 必须取短，从而使得计算量过大；非线性不稳定问题突出；对资料的初始化
新时代做好科技创新工作的思考
云南科技管理 改革与探索 2019年第4期 新时代做好科技创新工作的思考 曾?豪，邹盛瑜，张元圆* （重庆文理学院，重庆 永川 402160） 摘 要：近段时间美方在中美经贸摩擦中挑起的一系列事件，充分暴露出美国企图通过遏制我国科技发展从而达到打压我国经济的目的。为积极应对中美经贸摩擦中美方不断的挑衅，以自主科技创新持续推动我国经济社会健康发展，国家各类创新主体必须以学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想为契机，以对国家和民族高度负责的态度，扎实做好科技创新顶层设计、体制机制改革、高科技人才引培与服务等工作，坚定不移地走好中国特色自主创新道路。 关键词：新时代；科技创新；对策 中图分类号：D 822.371.2;F125 文献标识码：A 文章编号：1004-1168（2019）04-0008-05 0 引言 2018年3月以来，美国单方面发起的中美两国之间的经贸摩擦，表面上看似是美方想解决中美两国贸易中自身的逆差问题，实则是美方通过阻碍中国科技的发展，从而保持其在对华经贸往来中的绝对优势。在此意图下，美国不惜多次动用国家权力对我国各类创新主体进行多方面压制，近一年在中美经贸摩擦中美方挑起的“制裁‘中兴’”“打压‘华为’”等一系列事件就是最有力的证明。为积极应对中美经贸摩擦中美方不断的挑衅，以科技创新持续推动经济社会健康发展，中国必须要在以习近平同志为核心的党中央的坚强领导下，坚定不移地走自主创新道路，增强原始创新能力，破解各项“卡脖子”的关键技术，实现从“科技大国”到“科技强国”的历史性转变。 1 “科技创新”的主要模式 根据创新层次的不同，可将科技创新分为3种模式。 1）首先是“跟随创新”，即创新主体通过对前人的科学理论、技术成果等进行卓有成效的拓展、延伸或改进，从而得出一些新的科学理论或技术成果。由于一些历史原因，从新中国成立到本世纪初的一段时间，跟随创新是我国科技创新的主要模式。仔细研究当下科技强国的发展史不难看出，任何一个科技强国在其发展壮大的过程中都会经历一个从学习模仿到跟随创新的演变过程，即使像美、日等科技强国，在其国家科技起步的早期，都存在着一段从国外引进先进科技进行消化吸收进而进行跟随创新的历史。即使在当下的世界，跟随创新也依然是世界各国科技创新的主要模式之一。 2）其次是“集成创新”，即创新主体将现有的科学理论、技术成果等进行多方位、多层次的交叉融合，从而衍生出一些新的科学理论或技术成果。当今世界，以“深度网络化、绿色化、智能化和生产组织方式的分散化”［1］为主要特征的“第四次工业革命是以指数级而非线性速度展开”［2］。在此背景下，人工智能、机器人技术、虚拟现实等技术的更新与应用得以加快，任何一个新的技术成果产生后都迫不及待地与相关产业、行业进行集成创新。 收稿日期：2019-06-20 作者简介：曾 豪（1989-）男，重庆南川人，硕士，研究方向为思想政治教育、党团建设。 邹盛瑜（1982-）男，重庆璧山人，硕士，研究方向为大学生思想政治教育。 *通讯作者：张元圆（1989-）女，重庆綦江人，硕士，研究方向为中国近现代史基本问题研究。 8
我国中央企业自主创新能力研究
我国中央企业自主创新能力研究 建设创新型国家和转变经济发展方式的外在推动,以及提高企业自身竞争力的内在需求,都要求企业将提高创新能力作为发展的重要任务。为实现这一目标,建设以企业为主体的创新体系是关键,发挥企业创新的核心作用将会有效带动行业和国家整体创新能力的提升。中央企业处于关系国计民生和国民经济命脉的关键行业,承担着保障和提高民生质量的重任,因其特殊的地位和承担的社会经济责任,更应在自主创新上有所作为。本文在分析企业自主创新、企业自主创新评价、企业创新能力提升路径等研究成果基础上,对我国中央企业自主创新现状进行分析,为了简化问题的分析,从中央企业研发经费、创新人员等方面进行投入分析,从申请和授权专利、国家科技创新奖励等方面进行产出分析,对中央企业自主创新获得的主要成就进行了总结,同时对中央企业自主创新存在的问题进行了分析。 论文将企业创新能力分为技术创新、制度创新、管理创能力、市场创新、产品创新等众多内容。技术创新能力是企业内所有创新能力的核心。企业的竞争优势主要依靠技术创新来实现,技术创新能力为企业带来了超额利润和技术,而这恰恰是制度创新和管理创新的物质基础。制度创新能力和管理创新能力又限制技术创新能力,制度创新能力为技术创新能力提供了动力和激励机制。 在分析企业创新的内外部因素影响基础上,对于中央企业自主创新的内外部动力机制进行分析,并对中央企业自主创新强度与企业规模的关联性进行了分析,以中央企业上市子公司为样本,重点研究中央企业创新投入强度与企业规模之间的关系。构建了基本计量模型,使用最小二乘法对横截面数据进行分析,通过观察解释变量的Pearson相关系数矩阵来避免多重共线性问题,对模型进行White检验。得出的建议是将企业规模控制在合理的范围之内,企业拥有高赢利能力、市场竞争力强,才能使企业更加愿意进行自主创新。论文在中央企业自主创新能力分析的基础上,以创新投入能力、创新营销能力、创新管理能力、创新产出能力等测量维度构建了中央企业自主创新能力评价指标体系。 对中央企业及上市子公司的自主创新的技术效率进行描述性分析,经过比较选择了数据包络分析(DEA)方法和超效率DEA模型对央企子公司自主对创新效率进行评价,选择主成分分析方法对中央企业的创新绩效进行测量和评价,并与中
加强科技创新工作-实现创新驱动发展
加强科技创新工作-实现创新驱动发展
加强科技创新工作实现创新驱动发展 ----在中央企业科技创新工作会议上的总结讲 话 黄丹华 （2011年6月23日） 这次会议是我委在“十二五”开局之年召开的一次重要会议。上午，万钢部长和王勇主任作了重要讲话，对中央企业实施科技创新战略有重要的指导意义。国资委出台了《关于加强中央企业科技创新工作的意见》（以下简称《意见》），对于贯彻党中央国务院对科技创新工作的要求，加强中央企业的科技创新工作做出了系统的安排和部署。两位领导的讲话和《意见》形成了一个整体，对中央企业科技创新工作具有重要指导意义。刚才，四家中央企业就科技创新工作进行了大会经验交流，27家中央企业还进行了书面交流，他们的好经验、好做法既有个性也有共性，给了我们很多启示和思考，起到了相互促进，共同提高的目的。下面，我就贯彻落实《意见》和会议精神讲几点意见。
一、关于《意见》制定的背景和重要意义 为了进一步推进中央企业科技创新工作，在去年召开的中央企业科技工作会议上，我们就提出要研究制定《意见》，特别是我委提出中央企业“十二五”改革发展的核心目标和五大战略、三大保障的总体思路后，对中央企业科技创新工作提出更高更新的目标，《意见》的制定就更为重要和迫切。一年来，在深入调研的基础上，我们研究起草了《意见》，广泛征求了中央企业、一线科技工作者、委内厅局和国家科技部等方面的意见。日前，已经国资委主任办公会审议通过，并正式印发中央企业。《意见》是在深刻把握党中央、国务院对科技创新工作的有关要求，深入分析国内外形势变化，围绕中央企业“十二五”改革发展核心目标，认真研究中央企业科技创新工作现状和问题的基础上，形成了完整的工作思路和明确的工作要求，提出了“十二五”中央企业科技创新工作的方向、目标、重点任务和保障措施，对进一步做好中央企业科技创新工作具有较强的指导
(完整版)数值天气预报习题
大气数值模式及模拟 （数值天气预报） 习题
第一章大气数值模式概论 1．试述原始方程组、全球模式、区域模式和非静力模式之间的区别。 2．试述天气模式、气候模式的主要区别？ 3．区域气候模式、大气环流模式、中尺度模式、陆面模式、边界层模式各有什么特点？
第二章 大气运动方程组 1. 试证明球坐标系中单位矢量i 的个别变化率为 (sin cos )cos di u j k dt r ??? =-r r r 2.试说明局地直角坐标系（即z 坐标系）中的运动方程与球坐标系中的运动方程有何异同？ 3．用球坐标导出下面两个方程： (sin cos )cos d i u j k dt r ??? =-r r r tan d j u v i k dt r r ?=--r r r 4.由热力学方程v dT d C p Q dt dt α+=推导出如下方程： p dT C Q dt αω-= ()dp dt ω= 式中v dT C dt 为单位质量理想空气内能的变化率，v C 为空气的定容比热，d p dt α为可逆过程中单位质量非粘性气体在单位时间里膨胀所作的功。Q 为外界对单位质量空气的加热率。
第三章 数值计算方案 1. 什么是差分格式的收敛性和稳定性？二者之间有何关系？ 2. 试证明一阶偏微商u x ??的三点差商近似式： 3(,)(,)213(,)4(,)(2,)22u u x x t u x t x x u x t u x x t u x x t x ?+?-??=?????? -++?-+???-????? 的截断误差为 2()O x ?。 3. 用中央差分将涡度方程 ()()()l l u u u v l t x y x y ?Ω?Ω+?Ω+??++=-+????? 写成有限差形式。设(,)l l x y =，并取水平坐标步长为s δ，时间步长为t δ。 4. 分别对x 轴上的i+1和i+3格点，以d 和2d 为步长，写出一阶微商dF dx 的前差、后差和中央差的差分近似式，以及二阶微商22 d F dx 的二阶中央差分近似式。
浅谈新时代科技哲学的创新与发展
浅谈新时代科技哲学的创新与发展 小编为你整理了浅谈新时代科技哲学的创新与发展，希望帮助您提供很多想法。 引言 作为对科学技术时代出现的科技及其相关问题的哲学回应，科技哲学既与科学技术和社会的发展密切相关，又与近代以来哲学的演变相随相伴。作为对当代哲学问题的访谈，理应对此予以关注。科学技术哲学既属于哲学体系，也是近些年快速发展的交叉学科。科技哲学具有较强的发展潜力，其规范性正在不断增强，有着特别巨大的研究与分析价值。全面科学技术哲学的研究对象、学科实质、门类构成和研究内容等方面，与传统的自然科技哲学均有较大的区别。 一、科技哲学的学科定位和理念体系 (一)学科定位 认识科技哲学具有的学科定位，首先要认识其学科性质。20 世纪80 年代后，大学分学者认为，科技哲学属于哲学学科，是马克思哲学的一个分支，是将马克思哲学中的认识论、方法论和世界观统一起来。部分人认为科技哲学尽管是独立学科，但并非属于哲学学科，而是综合学科或者边缘学科。认为科技哲学是处于社会科学、自然科学与哲学等学科边缘的学科，体现出历史学、社会学及哲学的特点;或者认为科技哲学是自然科学与哲学两种学科互相影响和渗透而出现的独立学科，其既非哲学，却和自然科学和哲学有重要联系，是体现双重性质的学科
(二)理念体系 我国学者对科技哲学的定位和学科性质有不同的认识，对其理论体系的看法也不相同。吴国盛认为，科技哲学的内容包括科学史、科学社会史、科学哲学和自然哲学等。陈其荣指出，当科学技术逐步发展，传统的自然辩证法会不断扩大涉及的领域，进而建立起综合性较强的交叉学科，即科学技术哲学，其内容包括社会与科学技术、技术哲学、科学哲学和自然哲学等。张明国等学者将科技方法论列入到科技哲学结构中，指出其应该包括科技方法论、社会与科技、技术哲学、科学哲学和自然哲学。近些年，随着全球性科技革命和我国改革开放潮流的冲击，科技哲学不断分化，并形成专门的方向及学科，如，科学社会、技术哲学、科技思想史、科学方法论以及未来学等。虽然学术界的意见并没有得到统一，但基本同意科技哲学的内容基本包括技术哲学、科学哲学和自然哲学三个部分。随着科学技术、产业工程、社会等知识体系的实践和完善，逐步建立起产业哲学、工程哲学等新兴的研究领域。部分学者区分工程与技术、科学的理念，将传统的技术、科学二元理论进行拓展，使其成为工程、技术、科学三元理论，指出工程活动的中心是建造，而工程哲学是区别于技术哲学与科学哲学的新兴学科。现在工程哲学开展的研究集中在工程案件、工程历史、工程共同体、工程人才、工程创新、工程设计和决策等方面。 二、科技哲学的创新研究 (一)创新科学哲学 要从科技哲学向着科学文化哲学的方向创新，从哲学认识向着哲