沈學順（右三）與團隊成員進行技術研討。 　　受訪者供圖

　　人物小傳

　　沈學順，1967年生，河南南陽人，中國工程院院士、中國氣象局地球系統數值預報中心研究員。主持構建我國自主、完備的數值天氣預報科學與工程技術體系，建立了國家區域、全球一體化數值天氣預報業務系統，主持研制下一代天氣氣候一體化高精度可擴展大氣模式原型系統。曾榮獲國家科學技術進步獎二等獎、中國氣象學會科技進步獎一等獎等。

　　

　　今天出門要不要帶傘？這個周末是不是晴天？隨時查詢天氣預報早已成為人們的生活日常。天氣預報為什麼能相對准確地提供未來天氣情況？這背后離不開數值預報技術的突破。

　　什麼是數值預報？“大氣的運動是有規律的，這背后有一個‘方程組’，將這個方程組寫成計算機代碼，在計算機裡計算出未來的天氣，這就是數值預報。”中國工程院院士、中國氣象局地球系統數值預報中心研究員沈學順形象生動地解釋。

　　聽起來只是個“解方程”的問題，事實上數值預報是一項十分復雜的系統性工程，沈學順在這條充滿未知與艱辛的科研路上，已經深耕近40年。

　　尋找新解法，使我國全球預報系統的預報精度大幅提升

　　“數值預報系統的研發難在哪兒？”“同化。”見到記者，沈學順講起了數值預報的“前世今生”，打了一個比方。“解出大氣運動的‘方程組’是一個復雜的過程。”首先要設置起始狀態，“輸入”當前大氣的狀態，比如溫度、壓強、風力、濕度等因素。“同化”就是把現有觀測數據，科學地“糅進”數值預報模式裡，修正初始場，讓預報更准確。

　　為了實現技術突破，沈學順帶領團隊在攻克衛星資料同化、四維變分同化等難點上下了很大功夫。

　　2008年，團隊成員韓威在歐洲中期天氣預報中心訪問時，敏銳地捕捉到了國際氣象界遇到的一個瓶頸：當時國際主流的衛星觀測偏差訂正方案存在系統性“漂移”問題——這就好比一台精密電子秤的零點在悄悄發生改變，導致計算出來的預報結果越來越不准。

　　在沈學順的鼓勵下，韓威開始尋找新解法。他從枯燥的代碼和成千上萬次的計算中，原創性提出“有約束變分偏差訂正”理論。這一突破，從根本上遏制了偏差“漂移”的難題，成為我國在自主研發數值預報技術方法的亮點。自此以后，我國全鏈路自主可控衛星資料同化業務體系逐步建成，我國數值預報長期以來依賴國外衛星資料的局面得到扭轉。

　　衛星資料同化解決了“數據全球覆蓋不足”的問題，四維變分同化解決的則是“時空混亂”的難題。

　　同樣是在2008年，全球四維變分同化系統研發工作啟動。這是提高全球數值天氣預報水平的關鍵技術之一，該領域在國內尚屬空白，缺少技術積累和知識儲備。在很長一段時間裡，沈學順與團隊成員一邊探索基礎理論，一邊進行各種研發調試。

　　“四維變分同化是相對於三維變分同化而言的。”沈學順解釋，三維即空間上的東西南北上下，傳統的三維變分同化只是把6個小時內的所有觀測數據生硬地“打包”，不考慮時間因素﹔而四維變分同化則在原有基礎上加上了“時間維”，使得監測數據更加精准。

　　然而，要把成百上千個不同時刻的數據，平滑地“織”進復雜的動力學方程中，其數據處理難度和超算負荷呈幾何級增長。

　　這一技術難點的攻克，離不開沈學順曾經指導過的博士后——國防科技大學計算機專業出身的劉永柱。“他憑借扎實的底層計算機能力和敏銳的數學直覺，通宵達旦地推導、調試，硬是又快又好地把這一關鍵技術攻克了。”沈學順說，“數值預報研究，離不開交叉學科成員群策群力。”在團隊成員共同努力下，我國全球預報系統的預報效果精度實現了大幅提升，團隊成員也在技術交流中收獲了成長。

　　從無到有、從有到優，“磨”出國產數值預報系統

　　“可以說，是氣象學選擇了我。”回憶起最初與氣象學結緣的場景，沈學順打開了話匣子，“1983年高考，我最初報考的是西安交通大學科技英語專業和蘭州大學數學系應用數學專業，機緣巧合被調劑到了蘭州大學氣象學專業。”

　　“從接觸新學科到往深裡學，我對氣象學的興趣越來越濃。”4年后，憑借每個學年專業第一的優異成績，沈學順被推薦至蘭州大學大氣科學系攻讀天氣動力學專業碩士學位，師從數值預報領域權威專家丑紀范。

　　“丑老師讓我尋找自己感興趣的研究課題進行研究，還推薦我去中國科學院大氣物理研究所跟隨紀立人等專家學習。”回顧早年的研究生涯，沈學順認為跟著著名科學家學習的過程，讓他開闊了視野，受益匪淺。

　　1992年，沈學順被國家教委選拔赴國外攻讀博士學位。2001年，沈學順在一次學術會議上，見到了時任中國氣象科學研究院院長張人禾。沈學順在交談中得知，中國氣象局成立了數值預報創新基地，要自主研發數值預報系統。張人禾征詢沈學順意見，問他是否願意回國參與研發，他毫不猶豫地答應了下來。“能為國家作貢獻，是最朴實也最堅定的想法。”沈學順說。

　　沒過多久，沈學順便回國擔任中國氣象局數值預報創新基地首席研究員。當時團隊成員有20人左右，他們全力推進研發國產新一代全球、區域多尺度通用同化與數值預報系統。“初創之時，團隊最大困難是大部分團隊成員缺乏數值預報相關經驗。”沈學順坦言，這項研究幾乎是從零開始的系統性工程，要切分任務、分頭攻關、反復集成並動態累加，才能把數值預報變成一個成熟、穩定的業務系統和產品。

　　這項攻關一做就是20年，團隊突破了一個個難點，終於把整個國產數值預報系統從無到有、從有到優地“磨”了出來。

　　帶動氣象產業鏈發展，更好服務生產生活

　　“我國的數值預報系統，最獨特的地方在於全鏈條自主可控。”沈學順介紹，“公式、算法、程序，都是我們自己一行行推導、編寫出來的。要始終保証我國氣象預報水平不下降，切實服務生產生活。”

　　數值預報這一氣象核心技術的自主研發，像一個強大的引擎，帶動了整條氣象產業鏈的發展：從上游包括風雲系列氣象衛星在內的先進觀測設備，到下游的風能、太陽能等綠色能源的精准調度，再到防汛抗旱的水文預報應用，都因為有了更精准的定量化氣象數據需求，出現了更好的發展態勢。

　　“人工智能為我們提供了前所未有的機遇，但它不能代替傳統數值預報。”沈學順說。面向未來，團隊有3個清晰的方向：實現全球公裡級、區域百米級的超高分辨率預報﹔深度融合人工智能，用人工智能解決發展高分辨率模式時遇到的技術瓶頸﹔建設“數字孿生地球”，將高精度預報系統與各行業專業模型相結合，形成一個可回溯歷史、展望未來、評估災害影響的龐大信息系統。

　　談起過往工作中印象最深刻、最動容的瞬間，沈學順向記者分享了一個關於傳承的故事。

　　2020年，中國氣象局國家氣象創新工程進行終期考核，中國科學院院士巢紀平在驗收會后，對數值預報團隊成員說：“葉篤正先生、陶詩言先生等老一輩氣象學家，他們奉獻了一輩子，最終都沒能看見我們國家有自己的全鏈條數值預報系統。而今天，我替他們看見了。”

　　這句話，深深地刻印在每一個數值預報人的心坎上。“我聽到巢院士說的這句話，眼眶一下子就濕潤了。老一輩科學家的認可與點贊，是對我們整個團隊20余年所有堅守與付出的最高褒獎。”沈學順說。

　　解出大氣運動“方程組”，中國氣象也擁有了遠眺星辰大海的無限可能……

　　

　　記者手記

　　薪火相傳  矢志攻關

　　採訪沈學順院士的過程，也是“回顧”中國數值預報幾十年發展的過程。

　　這是一個關於團隊協作的故事。20余年裡，沈學順院士帶領團隊一步步自主攻關。團隊骨干韓威全力破解衛星資料同化難題﹔國防科技大學計算機專業出身的劉永柱攻克四維變分同化難題……群策群力，沈學順院士團隊搭建出一個全鏈條自主可控的數值預報系統。

　　這是一個關於科學家精神傳承的故事。巢紀平院士在中國氣象局國家氣象創新工程進行終期考核的驗收會后，回憶起葉篤正等老一輩氣象學家，他們沒能見到我國自己的全鏈條數值預報系統，而巢紀平終於見証了系統在沈學順院士等新一代氣象學家手中完成並不斷完善。

　　在實現高水平科技自立自強的道路上，正是一個個像沈學順院士團隊這樣的科學家團隊懷揣夢想、腳踏實地、薪火相傳、矢志攻關，中國氣象事業的步伐才能行穩致遠。

　　《 人民日報 》（ 2026年06月11日 06 版）