对冬奥会雪上项目来说,气象条件至关重要,降雪、气温、风速、能见度等气象要素,不仅对运动员人身安全、赛程安排、比赛成绩、雪务工作有直接的影响,空中医疗救援、电视转播、城市运行的能源供应和交通运输等外围保障工作也和气象条件密切相关。


1月4日,北京冬奥会延庆气象服务分中心工作人员向记者介绍大屏幕上的卫星云图(左)和气象雷达回波图(右)。新京报记者 王嘉宁 摄

 

冬奥气象中心综合协调办公室常务副主任王亚伟介绍,冬奥会对气象预报服务有高标准的要求,要有空间上精确到百米级、时间上精确到分钟级的预报能力,这对气象服务保障工作提出巨大挑战。

 

2017年6月,中国气象局组建成立冬奥气象中心,承担北京2022年冬奥会和冬残奥会筹备和比赛期间气象服务工作。此后,经过四年多的学习、预报,预报员们已经基本摸清了各个赛区的气象规律。气温、风、雪、云,预报员心中装着天气,山间的“风吹草动”总能牵动神经。

 

2021年12月28日,北京延庆高山滑雪中心正在进行造雪,滑雪赛道上的压雪车来来往往,做着推雪、压雪工作。站在赛道竞技结束区,造雪枪喷射出的粉状雪,偶尔会在阵风的吹动下扑在人脸上。准确预报出适宜造雪的气温,这也是预报员们为冬奥会筹备提供的服务之一。

 

距离北京冬奥会开幕还有30天,目前已经完成了各项筹备任务,北京冬奥会气象服务即将全面进入赛时运行阶段。

 

冬奥气象科技攻关:要研发出能预报百米之内、至少10天天气变化的技术产品

 

从气象的角度讲,北京冬奥会是近20年内唯一一次在大陆性冬季风主导的气候条件下举办的冬奥会。

 

北京冬奥会有三个赛区,除了在北京市区内进行的冰上项目外,延庆赛区、崇礼赛区的雪上项目均在野外山地举行。山地赛场的特点是风大、天气干冷,气候特征决定了北京冬奥会的特殊难题就是山地小尺度的风和温度的精密监测、精准预报,而这在国际上也都是面临挑战的气象难点之一。

 

纵观历届冬奥会的气象服务保障,国际上并没有成熟的、适用于北京冬奥会的可移植技术方案。“所以此次北京冬奥会的气象服务保障挑战大、科技攻关难度高,很多技术我国可以说是从零起步。”国家重点研发计划“科技冬奥”项目(气象)负责人陈明轩介绍。

 

为此,在国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项以及北京市和河北省相关科技项目共同支持下,气象部门内外十几家单位的200多名科技骨干和预报人员共同组成了冬奥气象科技攻关团队,开展北京冬奥会气象监测和预报的核心科技研发工作。


1月4日,北京冬奥会和冬残奥会延庆气象服务分中心内的沙盘和墙上的人员表以及排班表。新京报记者 王嘉宁 摄

 

从北京冬奥会气象保障的要求来说,气象保障服务需要做到百米级的空间网格距精细预报,预报时效至少需要达到10天,这就是研发团队需要攻克的特殊难题。陈明轩介绍:“从大气科学可预报性的角度说,空间越精细、预报时段越长,预报难度越大。更何况在地形复杂的山区,除了需要预报常规的风速风向、温度、湿度、降水外,还需要提供冬奥关注的阵性大风、能见度、降水相态、雪面温度等特殊气象预报,所以难度就更大。”

 

在山地赛区,风的变化对运动员姿势、速度影响较大,因此也是预报员重点关注的气象要素。“阵风往往就几分钟。在延庆海陀山的国家高山滑雪中心,从起点到终点,赛道的长度是2.5公里左右。从高山滑雪的竞速、竞技赛道,到训练赛道,左右总宽度是2.25公里。在2.5公里×2.25公里这样一个小的范围内,预报员要做不同海拔高度的气象预报,而且要非常精准,这个难度是非常大的。所以就是说我们需要研发至少在百米以内的空间网格预报技术,来为我们的前方的预报员提供更好的科技支撑。”

 

陈明轩介绍,在往届冬奥会期间,客观气象预报基本以千米网格为主,时间更新频率是半小时至1小时。在国内,目前的高精度数值天气预报模型的网格分辨率最高是3公里,部分发达地区客观预报的网格距可以达到1公里,时间更新频率基本是1小时或者3小时。“这说明我国的精细化气象预报达到了质的飞跃。”

 

经过近四年科技攻关,冬奥气象科技团队研发出了高精度数值天气预报模型、多源气象数据快速集成融合模型、大气涡流尺度数值模拟计算模型、人工智能误差订正模型等关键技术方法,构建了冬奥气象“百米级”预报技术体系,形成了冬奥高精度气象预报系统“睿图-睿思”,实现了冬奥会山地赛场的0-10天“百米级”网格气象预报以及冬奥关键点位的0-10天定时、定点、定量气象预报,多项技术填补国内空白,核心技术完全自主可控。

 

预报员在山间捕风:用四年多时间,摸清赛区气象要素变化规律

 

想要精准预报,除了科技支撑,还需要预报员自身对当地气候特点了然于胸。从山地气象学和大气科学可预报性的角度来讲,目前最好的预报还是要通过预报员的经验,对计算出来的预报数据进行再订正、再加工,才能发布最终的预报。“包括在奥组委的官方网站,和给各个国家的参赛竞赛团队提供的预报,最终版都是来自于我们冬奥气象预报团预报员他们订正以后的数据。”陈明轩说。

 

1月4日,北京冬奥会和冬残奥会延庆气象服务分中心内,屏幕上展示的国家高山滑雪中心各个测风点的数据统计图。新京报记者 王嘉宁 摄


王亚伟介绍,以北京和河北气象部门为主体,从国家气象中心、公共气象服务中心和内蒙古、山西、黑龙江、吉林抽调出业务骨干人员,组成了冬奥气象服务核心团队。自2017年冬季,他们每年在延庆、张家口赛区开展实地预报训练。通过赛场冬训、出国培训、英语培训、赛事观摩,不断提高团队业务水平。

 

为什么要专门组建冬奥会气象保障服务团队,气象台预报员们平常的预报工作和服务冬奥有什么不同?

 

事实上,预报员日常关注的是影响城市运行的灾害性天气,比如夏天的暴雨、强对流天气、冬季的寒潮。此次我国首次作为东道主举办冬奥会,要做好赛事的高影响天气精细预报,对预报员是一个巨大的挑战。尽管有技术产品辅助,但最终的预报结果要靠预报员们的经验得出,对于气象预报员来说,摸清当地的气象规律十分重要。冬奥北京气象中心延庆区气象服务组副组长时少英说:“我们预报员进山区,就好比北京地区的预报员到了西藏,他此时的预报经验几乎全部归零,要仔细研究当地的气候背景,才能做出精准的预报。”

 

在延庆国家高山滑雪中心,阵风夹杂着人工造出的粉状雪穿梭于山间。在普通人眼中,风摸不到来处和去向,直到扑面而来时才能准确感受到风的存在。海陀山上,预报员们要做的,就是“抓”住一阵阵无形的风,为赛事做好预报。

 

冬奥会跟夏奥会不太一样,冬奥会很多项目都是在野外进行,如高山滑雪、雪车、雪橇。这些雪上的项目速度快,比赛成绩、运动员自身安全跟气温、风、雪、云的关系十分密切。气温低于-20℃,运动员在高速运动中可能会冻伤,风速、风向影响比赛成绩,降雪会影响赛道雪面,云则会大大降低能见度,干扰运动员视线。

 

要摸清赛区这些气象要素的规律,需要经过积年的实地观察、预报。延庆赛区的海陀山,海拔落差2000多米,具有明显的山地气候特征,预报难度极大。从2017年冬季开始,冬奥气象预报团队每年大概有半年的时间要在各个赛区进行冬训,了解当地的气候特点。“大家不断地学习,不断地去了解赛事的服务需求,不断地去积累赛道上各个气象要素变化的预报经验。”时少英说。

 

时少英介绍,由于最开始海陀山没有气象观测站,对于预报员来说,能够用于了解海陀山气象要素变化的资料很有限。“2014年有了宝贵的4个站,目前沿着赛道一共可以有18~22个气象站(备份站)。我们就可以用这些气象站监测到的数据来分析。比如,当气流经过海陀山,到底它是怎样变化?我们要去了解山沟、山顶、山脊上的天气。” 在缆车没有建成之前,预报员常常徒步上山体验天气变化。

 

1月4日,北京冬奥会和冬残奥会延庆气象服务分中心内,屏幕上方墙上悬挂着北京冬奥标志。新京报记者 王嘉宁 摄


最开始没有经验,预报员就先预报,再验证。“假如明天有雪,按照目前的湿度、气流,先预测明天11点下,可能会是小雪。接着第二天就上山等着,看是不是11点左右下雪,看云会使得山顶赛区哪个位置的能见度下降。这样的话一对比,如果报错了,就找原因,比如是不是没有考虑到西北气流遇到地形的抬升作用。天气预报是最容易打脸的,预报准确与否,马上就能够呈现。所以经过这样反复的预报、检验、复盘,我们现在可以说心里已经有底了。”

 

预报员最关心风,在高山滑雪中心的滑雪竞速赛道结束区,时少英介绍,这里的风向多变,“在两条山沟中间,现在我们站的位置,风向有的时候是东南风,有的时候是北风,有的时候是西南风。在这里设置了一个自动气象站,能实时监测风向、风速,为预报提供数据。这个位置离赛道较近,测出的风向风速有一定的代表性。”

 

不仅山地变幻莫测的风影响比赛,首钢滑雪大跳台作为北京赛区唯一一个室外场馆,受室外天气的影响也比较大。

 

首钢滑雪大跳台首席预报员杜佳介绍,针对大跳台这种室外场馆,要预报赛道的出发点和起跳点的风向、风速。相应的观测站点高度分别是48米和25米,但在此之前,预报员并不开展这一高度的风的预报工作。

 

“所以对我们来说,预报这一高度的风,可以说是‘白手起家’,而冬奥会又是一个高标准高要求的赛事。”杜佳介绍,经过冬训实战演练,每天开展场馆预报,预报员们逐渐摸清了首钢大跳台场馆气象要素的变化规律,总结了不同天气背景下气象要素的特征手册,“比如说夜间、白天风向转变的规律,我们要分析数据、积累经验。对于阵风的预报,我们进行了专项复盘讨论和算法的研发,最终利用有限的资料建立了针对性的阵风科学预报方法。”

 

新京报记者 王景曦 摄影记者 王嘉宁

见习编辑 陈静 校对 吴兴发