创新的科学管理模式在国家“十五”重点攻关项目《中国气象数值预报技术创新研究》中的成功应用经验

1、创新的科学管理模式在国家“十五”重点攻关项目中国气象数值预报技术创新研究中的成功应用经验谰谶壤创新的科学管理模式在国家氡豢科攀“十五”重点攻关项目中国气象数值预报技术创新研究中的成功应用经验古陈贤(中国气象科学研究院,北京100081)摘要:国家”十五”科技攻关重点计划项目中国气象数值预报技术创新研究自2001年科技部批准立项以来,经过四年的项目实施,在自主创新研究方面取得了突破性进展的同时,在管理模式的创新上也得到了诸多的经验和体会特别是为了自主研发出中国新一代数值预报系统,采取了集中全国数值预报领域骨干,专门成立研究实体,统一管理,集中精力进行攻关等一系列创新做法,是十分有效的.一,引言国

2、家科技攻关计划项目自1983年开始实施以来,在科技促进各行业发展,新兴领域的开拓以及生态环境水平的提高等方面都取得了重大进展,解决了一批国民经济和社会发展中难度较大的技术问题,对我国主要产业的技术发展和结构调整起到了重要的先导作用,同时造就了大批科技人才,增强了科研能力和技术基础,使我国科技工作的整体水平有了较大提高.我国数值天气预报的发展和国家科技攻关计划的实施密不可分,从”七五,八五到九五,通过引进消化吸收国外先进的数值预报系统和技术,推动了我国数值天气预报业务的向前发展,缩短了与先进国家的差距.进入二十一世纪以来,我国的数值天气预报发展带来了前所未有的新的机遇.2001年科技部支持立项了

3、中国气象数值预报技术创新研究.经过四年的项目实施,在自主创新研究方面取得了突破性进展的同时,在管理模式的创新上也得到了诸多的经验和体会.中国气象数值预报技术创新研究是2001年被科技部批准立项的国家十五”重点攻关项目.项目的目标是在充分吸收国内外的研究新成果和囡际发展新趋势的基础上,自主开收稿日期:2005.04.1196气象软科学2/2005发并建立起第一个具有中国自主知识产权的新一代气象数值预报模式体系-GRAPES(Gl0ba1/Regi0nalAssimilationandPrEdictionSystem,全球/区域同化预报系统)系统.新系统的建成,将提高我国数值天气预报水平在国际上的

4、地位,保持数值预报的持续创新和发展,为不断提高气象预报水平和质量,更好地服务于经济与社会的快速,持续,稳定发展.该项目在执行过程中,不仅注重科技创新,而且在运行管理模式上进行了一系列的探索和尝试,走出了一条全新的项目管理模式的成功路子.经过四年多的实践证明是成功的,有效的.2003年在科技部组织的项目专家评审委员会上,专家们对项目前三年的研究成果给予了高度评价.二,成功的经验与其它科技攻关项目不同,本项目采取的是一种有效的,适于我国数值预报研究发展特点的,具有创新性的管理与运行机制,同时应用于项目实施的各个阶段,因而取得了丰硕的研究开发成果.体现在:l,组织成立实体,集中精力攻关是实现项目目标

5、的基础为了在较短的时间里实现发达国家在十几年时间里所实现的技术进步,攻关项目的组织与效率是至关重要的.在项目实施每豢辩攀前,中国气象局就组织了预研究,认真分析了数值预报研究开发的特点与国际上的组织管理经验.由于数值预报系统的技术创新研究整体性很强,不仅系统的各个组成部分需要有一个总体科学设计,各课题之间也是密切联系,相互渗透的,需要交互式地推进.而且研究开发过程中建立起来的各个软件模块必须实现”无缝隙对接;更为突出的是,数值预报模式,同化系统的研究开发的难度与工作量都很大,又不可能在短期内形成大量科学论文,必须确保主要研究骨干,集中全部时间将关键的核心技术突破.因此,项目组认真分析了过去一些相

6、近的研究项目科技上的创新与突破不够的教训,认为研究人员精力分散,急功近利是一个重要的原因.根据以上这些情况,中国气象局采取了果断措施,由参加项目的中国气象局所属的四个主要科研,业务单位:中国气象科学研究院,国家气象中心,国家卫星气象中心与国家气候中心共同组建一个数值预报研究创新基地,作为实施攻关项目的基地,扩大与全国研究院所,大学的合作,使项目采取了与以往不同的组织实施模式.基地的研究人员按科技部科研体制改革的精神进行招聘管理,其中一部分科研骨干由以项目专家组成员为主体的招聘委员会在以上四个单位的数值预报研究业务人员中遴选后调入基地作为固定的科研人员.同时还从全国气象部门与合作单位的研究气拳软

7、科学2/20o597灏耱;人员中按研究工作的需要招聘了仝职或部分时问(不少于50%的工作时间)的客座研究人员.通过这种方式组成了30多人的项目研究的骨干研究队伍.其中基地固定人员与客座各占j分之二与三分之一.基地的固定研究人员与客座人员在研究中心工作,不承担与项目无关的研究并按项目的要求进行考核,按对项目成果的贡献率,上作进度,团队精神作为个人业绩的考核标准,在一定时期内不评定论文.这些管理措施确保了基地内人员在项目实施的全过程中集中全部精力从事项目的研究开发.为了使其成果符合项目整体要求,项目还对基地外的科学家提供研究条件,方便基地外的科学家来基地短期工作,以促进交流,同时还规定了相应的软件

8、标准.这些措施既扩大了合作范围,又保证了最终成果的整体性要求.实践结果表明这种组织管理方式是十分有效的.基地的固定与客座科研人员完成了绝大部分核心技术研究工作,同时又充分发挥了基地外的科学家的积极性,还为建立我国高水平的数值预报持续发展能力奠定r基础.2,发扬团队精神,齐心协力攻关是实现项目目标的保证数值预报模式的研制开发是集数学,物理,计算机等综合交叉的一门学科,在技术上要求你中有我,我中有你,大家只有浑然一体,消除相互问的排异作用才有可能使研98气采软科学2/200.5筑袭科攀究的成果成为真正高度集成的一个完整的数值预报系统.此外建立起我国新一代,多尺度数值预报系统是一项足以令人望而生“的

9、艰巨任务,曾经被老一辈数值预报专家喻,坐牢”的艰苦工作.因此,树立协调合作,共同发展的团队精神,营造协同攻关,团结奋进的氛围,对团队创新科技的可持续性发展至关重要.目前项目涉及研究领域的4个分支,即模式框架,物理过程,资料同化和并行计算,每位科研人员在研究方向上各有侧重,但大家积极开展交流与合作,共同解决科研中的难题,团队的整体实力得到大幅度提高.在全基地人员的共同努力下,基地形成了宽松,活跃,求真务实的学术气氛,并一直坚持每周的工作例会制度.每位基地科研人员都要在会上将自己周以来的工作进行介绍,对于工作过程中出现的问题,项目组大力支持大家最大限度地发挥个人的创造力,勇于提出新观点来解决问题,

10、使基地内形成,人人争创新”的良好氛围,创新能力明显增强.同时在课题争取,工作分配卜,全体成员也都表现出了顾大局,识大体,无私奉献的良好精神风貌.为了完成任务,大家团结协作,一丝不苟,加班加点,忘我工作.在生活上,大家帮互助,团结友爱,充分体现出大家庭的温暖,创新队伍的凝聚力进一步增强.3,组织切实可行的国际交流与合作是斓擀谶实现项目目标的重要环节新一代数值预报系统的研究是国际上大气科学研究的前沿与热点,研究开发难度大,并且我国这一领域的总体水平,研发能力与先进国家差距较大.因此项目执行中始终将充分吸收国内外气象科学的研究新成果作为研究建立起具有持续自主创新能力的多尺度气象数值预报体系的关键环节

11、,积极参与国际气象科技合作与交流,先后与美国,英国,德国,法国,奥地利,日本,以及香港,澳门等建立了合作交流关系.通过合作交流,项目组直接学习吸收了国际上最新的模式研究发展成果,使得我们国家新一代数值预报模式的发展有高的起点,同时也借鉴国际上模式发展的先进技术路线,组织管理经验,从而提高研究开发的效率.实际效果证明,广泛的,具有实际意义的国际合作对于促进中国数值预报模式研究开发赶上国际的先进水平具有不可替代的作用.尤其是基地与美国国家大气研究中心(NCAR)开展新一代的中尺度数值预报模式发展的双边合作研究,充分体现了真正意义上的合作:即成果共享,互惠互利.由于当时所谓的国际合作一般都停留在中方

12、派人员出国学习或邀请对方专家来华讲课等表面形式,未能有真正意义上的合作,所以当初在与美方进行合作谈判时,对方也对他们能从合作中得到什么利益提出质疑,一部分美国科学家担心这种合作也同样是美国单糍囊耩攀方向中国提供指导与技术支持,对于美方能否通过合作也能得到收益有疑虑.但实际实施的结果是,不仅中国移植引进美方的研究发展成果,中国的一部分研究开发成果也有自己的优势,例如项目中有关中尺度资料同化中对卫星资料的直接同化,中尺度模式动力框架中半隐式一半拉格朗日时问差分方案的使用等,都是美国还没有进行研究的.通过交流,美方感到中国的研究成果也有值得他们借鉴引进的地方,因而中美的合作对双方是互利的,合作的积极

13、性也大大地增加.这对于推进中美间持续的大气科学合作是非常重要的.根据联合研究的需要,双方商定每年召开一次中美联合研讨会进行研究工作安排,并交流成果,讨论关键技术问题的解决方案.从2001年起,双方的联合学术会已分别在美国的boulder和北京举办了三次,从第一次会上双方只能谈谈发展计划和研究设想,到第二次会议交流各方进展及合作的成果,仔细讨论研究中的一些科学技术问题的解决方案,形成相应的具体计划.更可喜的是于2005年1月在美国召开的第三次联合学术会议,双方更是以”对等的方式在资料同化,物理过程,动力模式,平行计算,应用试验等方面进行了深入的讨论和交流.促进了各自新一代数值预报模式的发展,为双

14、边的进一步合作研究创造了更好条件和更坚实基础.气象软科学2/200599中美双方的科技合作还增进丫中美科学家之间的友谊,美方科学家对中国数值预报发展做出的贡献得到了充分的肯定.美方科学家RichardAnthes教授由于在促进中国数值预报技术发展方面所做的卓越贡献而获得2003年国务院授予的友谊奖”,在美国大气科学界引起很大的反响.4,克服困难,开拓创新是实现项目目标的关键对比国外气象数值预报的发展经验,我国达到目前的发展速度和水平是不低的,国外先进国家在丰富经验和理论模式的基础上开发建立新一代数值预报模式(或全球,或有限区域)需投入40-50人,用6-7年的时间.而我们在既缺乏经验和进步队伍

15、,又缺乏理论模式的基础上,经过项目研究的科学家们努力拼搏,克服重重困难,开拓创新,投入不到2O人,用不到3年时间,GRAPES的几项核心的研究均取得了多方面的突破,目前该系统已经投入业务试验阶段,并显示出很好的业务应用前景.这是我国科学家自主研制出的,从模式到同化,有限区/全球一体化的数值预报系统.从总体上说,我国新一代数值预报系统第一阶段的成果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的研究方面的空白,也使我国在气象资料的同化与数值预报的模式发展技术方100气采软科学2/2005氖交鞭鹳孥面逐步接近围际先进水平,

16、为我国数值预报业务水平的提高打F良好的基础,并对我国气象数值预报模式的持续发展有重要意义.5,边研究,边试验,边改进,缩短业务化成果转化是实现项目的最终目标项目组织管理的一个重要环节是抓好成果的业务化试验.项目专家从国家实际需求出发,采取了及时将阶段成果放到业务环境试验应用的方式,通过试验发现不足之处,按照业务运行的要求改进优化,使之最终符合业务化的需要,并尽量减短业务化的周期.2002年3月就开始对首次阶段成果向国家气象中心和部分区域气象中心进行发布,并组织对项目开发的资料变分同化系统进行应用试验.有多个数值预报业务中心参加了试验.2004年3月5日,项目阶段性成果2.0版本正式发布.至此G

17、RAPES系统软件基本达到了建立新业务的要求.与此同时,全国已有近50家单位与数值预报研究中心签订了GRAPES应用试验合同,单位涉及气象,民航,大专院校,科研院所及军队单位等.试验结果表明,基于新的同化系统的数值预报水平有不间程度的提高.一些单位还将新的同化系统作为自己业务系统的一部分,形成新的业务系统,取得了好的业务与服务效果.例如中国气象科学研究院中国暴雨研究组与安徽省气象台联合,利用新的同化系统与原来的模式结合制作2003年夏季薅霸的降水数值预报,在为王家坝分洪的决策服务中提供了有价值的预报意见,产生很好的社会与经济效益.因此试验工作既促进了有关业务单位的系统升级,也为系统的改进提供了线索.通过阶段成果推广还形成了本项目成果的一些推广试验基地,这对于今后整体系统的应用推广是很有意义的.三,结语总之,气象数值预报系统的技术创新是我国资源环境领域一项重要研究发展项目,其实施与完成不仅对于提高我国气象科技水平与业务,服务能力有很大推动,产生明显的经济与社会效益,还会对我国计算机科学技术,空间技术等高新技术发展产生积极影响,因而值得为此进行认真的思考和总结,不断创新,探索出有利于提升科技水平的,推进社会经济发展的新路子.参考文献1】陈德辉,薛纪