“逼進”臺風(fēng)內(nèi)核，更精準(zhǔn)地模擬、預(yù)報臺風(fēng)——訪2024級星友駱婧瑤 | 今日啟明星

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駱婧瑤

上海臺風(fēng)研究所副研究員

作者序

終于有機會采訪從事氣象臺風(fēng)研究的啟明星了。當(dāng)聯(lián)系2024級星友、中國氣象局上海臺風(fēng)研究所（STI）、上海亞太臺風(fēng)研究中心（AP-TCRC）專業(yè)從事臺風(fēng)研究的副研究員駱婧瑤時，我是有點急切的。除了30多年的啟明星采訪經(jīng)歷中對氣象（臺風(fēng)）預(yù)報領(lǐng)域的啟明星訪問是空白以外，還有一層因素就是今夏以來江南一帶太熱了，熱的時間太長了！往年進入9月前后臺風(fēng)會排著隊來襲，但今夏酷暑相逼，大家盼著來幾場臺風(fēng)解解暑氣，可它就是不露臉。聯(lián)系駱婧瑤時她說，自己很幸運成為上海臺風(fēng)研究所首位啟明星計劃入選者。

上?！案５亍币徽f有緣由

采訪開始后話題就奔著今夏臺風(fēng)姍姍來遲展開。駱婧瑤引用了一些數(shù)據(jù)：截至2025年9月15日，徐家匯觀測站迎來了今年第51個高溫天，這也是徐家匯站155年來記錄的高溫天數(shù)最長的三個年份之一，“高溫”“臺風(fēng)”等一度成了網(wǎng)絡(luò)熱詞。

高溫原因還在分析中，但不利于臺風(fēng)生成的副熱帶高壓偏強、范圍偏大等大概率是主因，也是自2025年7月30日“竹節(jié)草”臺風(fēng)過后到9月16日沒有臺風(fēng)光顧申城的原因。

一直有人說上海是福地，不少臺風(fēng)都是繞著上海走，直接登陸上海的臺風(fēng)有限。實際情況是這樣嗎？婧瑤給出的解釋簡潔明了：上海所處的緯度和經(jīng)度，使其正好位于臺風(fēng)常見轉(zhuǎn)向路徑的“陰影區(qū)”。引導(dǎo)氣流使得大多數(shù)臺風(fēng)在到達上海前就轉(zhuǎn)向東或東北方向。這也是概率問題，中國海岸線漫長，臺風(fēng)直接登陸任何一個特定城市的概率本身就不高。一句話，所謂的“魔都結(jié)界”，可以理解為一種地理位置、大氣環(huán)流和概率共同作用下的巧合。

但駱婧瑤也提醒上海對臺風(fēng)之“害”的防范決不能松懈。2024年9月16日登陸上海臨港地區(qū)的13號臺風(fēng)“貝碧嘉”就是1949年以來登陸上海的最強臺風(fēng)，僅臨港地區(qū)就倒伏樹木1.5萬棵，轉(zhuǎn)移人員10萬。

對臺風(fēng)趨利避害，預(yù)報當(dāng)為先

以上主要講到臺風(fēng)弊的一面，婧瑤說：“其實臺風(fēng)更主要的是帶來利，除了降溫，還會帶來充沛降水，補充水量；臺風(fēng)還起著熱泵的作用，把熱帶地區(qū)富集的能量帶到中高緯地區(qū)，參與全球能量與水分的循環(huán)，這對于維持地球的熱平衡極為重要?！?/p>

如果沒有臺風(fēng)，熱帶會更熱，寒帶會更冷。臺風(fēng)帶來的另一大益處是引起海洋上升流，將海底的營養(yǎng)物質(zhì)帶到表層，給浮游生物帶來大量養(yǎng)料，吸引更多的海洋生物，形成漁場，有利于漁業(yè)發(fā)展。

趨利避害，離不開對臺風(fēng)監(jiān)測預(yù)報。由于臺風(fēng)生成發(fā)展周期的70%是在洋面上完成，遠海臺風(fēng)的監(jiān)測一直是臺風(fēng)研究的重點和難點。

婧瑤告知，盡管用了地海空天多源協(xié)同觀測設(shè)備對臺風(fēng)作實體監(jiān)測，但手段還是有限，特別在遠海地區(qū)目前主要還得靠衛(wèi)星。但衛(wèi)星云圖上只能看到輪廓，遠做不到醫(yī)學(xué)解剖學(xué)意義上的斷層剖面這樣的CT影像掃描圖，所以僅靠衛(wèi)星云圖難以提供臺風(fēng)內(nèi)核的詳情。

從“蝴蝶效應(yīng)”到“資料同化”

對于預(yù)報臺風(fēng)路徑和強度的數(shù)值模擬來說，初始狀態(tài)哪怕只有微小的誤差，經(jīng)過計算疊加放大，也會導(dǎo)致“失之毫厘，謬以千里”的預(yù)報結(jié)果。這個“蝴蝶效應(yīng)”和駱婧瑤正在從事的資料同化研究是有某種“內(nèi)在關(guān)聯(lián)”的。

“資料同化”就是運用先進的數(shù)學(xué)算法，將來自衛(wèi)星、雷達、探空、地面站、浮標(biāo)、飛機等全球各地的海量、繁雜的觀測數(shù)據(jù)，與背景場信息完美融合為數(shù)值模式，構(gòu)造出一個盡可能準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)的某一時刻的大氣初始狀態(tài)。

在進入婧瑤的研究領(lǐng)域之前，我們先把敘述點移到這位臺風(fēng)研究新人的成長之路上。

兒時最大的興趣是看農(nóng)業(yè)頻道

1987年出生于四川內(nèi)江的駱婧瑤是獨生女，父母祖輩大都是國企員工。讓我驚訝的是，從小在城市長大的婧瑤兒時最大的興趣竟然是看CCTV的農(nóng)業(yè)頻道！

電視里播出的大棚種植蔬果、水產(chǎn)養(yǎng)殖魚蝦等畫面內(nèi)容對還在小學(xué)念三年級的她有強烈的吸引。客廳里有爸爸養(yǎng)殖熱帶魚的大魚缸，看到電視上講到生態(tài)養(yǎng)殖，她就把農(nóng)業(yè)頻道上看到的生態(tài)養(yǎng)殖內(nèi)容科普給爸爸，協(xié)助爸爸參與熱帶魚缸的水溫調(diào)節(jié)、水質(zhì)管理、仔魚養(yǎng)殖等，樂此不疲的她已經(jīng)想好將來要考農(nóng)業(yè)大學(xué)。

整個初中高中，她的數(shù)學(xué)物理成績一直很好，但到了高中她很不喜歡學(xué)化學(xué)，覺得要背的東西太多，一直沒有找到對化學(xué)的感覺。婧瑤高考的第一志愿是中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，但因化學(xué)成績拉了分，未被第一志愿錄取。第二志愿是成都信息工程大學(xué)（原成都氣象學(xué)院）大氣專業(yè)，這個專業(yè)是爸爸幫她選的。她本想復(fù)讀一年再考，爸爸說要不你在成都信息工程大學(xué)先讀一年，不行再去復(fù)讀?？梢哉f她是在不情愿的情況下走進大氣科學(xué)專業(yè)的。

走上資料同化研究之路

進入大氣專業(yè)后她覺得這個專業(yè)好有意思，里面有不少她喜歡的數(shù)學(xué)、物理課程，而且一開始幾乎沒有化學(xué)。大二下學(xué)期開始上數(shù)值天氣預(yù)報這門課，婧瑤發(fā)現(xiàn)所學(xué)的微積分、線性代數(shù)這些課居然大有用武之地，可以服務(wù)于天氣預(yù)報。

大四時，有位老師來做了一次學(xué)術(shù)報告，講了資料同化這件事。坐在下面聽講的她對資料同化懵懵懂懂，但記住了報告人提到的“資料同化是在天氣預(yù)報領(lǐng)域非常值得關(guān)注的前沿研究方向”這句話。聽完報告后她查了資料，開始對資料同化有了感覺。這也是她考研選擇資料同化的原因。

她上網(wǎng)查到上海臺風(fēng)研究所2007年有一位海歸學(xué)者李泓就是做資料同化的專家。于是她全力備考上海臺風(fēng)研究所李泓研究員的碩士研究生，并最終如愿以償。婧瑤說有幸?guī)煆睦罾蠋?，對她日后走上資料同化研究之路影響極大。大婧瑤16歲的李老師彼時剛從馬里蘭大學(xué)氣象研究中心學(xué)成回國不久，就帶駱婧瑤一個學(xué)生做集合同化方法研究。三年間師生兩人在上海臺風(fēng)所完成了從理論研究到可以實際應(yīng)用的臺風(fēng)集合同化預(yù)報系統(tǒng)。

為求臺風(fēng)預(yù)報精細化，六年攻下在職博士

碩士畢業(yè)那年，婧瑤抓住了難得的留所工作機遇，于2013年入職上海臺風(fēng)所海洋氣象室，從研究實習(xí)員起步。彼時，她從事的是基于當(dāng)時分辨率較低的數(shù)值模式開展大尺度資料同化研究，這類系統(tǒng)雖能把握臺風(fēng)的整體趨勢，卻難以精細刻畫臺風(fēng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵物理過程，成為制約預(yù)報精度提升的瓶頸。

在室主任李泓研究員帶領(lǐng)下，駱婧瑤入職后的四年中主要完成了兩項系統(tǒng)性工作：一是通過持續(xù)優(yōu)化，將臺風(fēng)集合同化預(yù)報系統(tǒng)實現(xiàn)業(yè)務(wù)化，可穩(wěn)定提供每日兩次、時效72小時的臺風(fēng)路徑、強度、大風(fēng)及降水等全面預(yù)報產(chǎn)品；二是承擔(dān)了公益性行業(yè)（氣象）科研專項“風(fēng)云三號晨昏軌道衛(wèi)星資料處理和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”的子課題，開展晨昏軌道衛(wèi)星資料對區(qū)域臺風(fēng)模式的預(yù)評估研究，為后續(xù)風(fēng)云三號E星（黎明星）的立項與資料同化應(yīng)用奠定了早期科學(xué)基礎(chǔ)。

然而，隨著業(yè)務(wù)實踐的深入，駱婧瑤愈發(fā)意識到，當(dāng)時系統(tǒng)采用的27公里空間分辨率，雖在大尺度同化中表現(xiàn)穩(wěn)定，卻難以捕捉臺風(fēng)眼墻、螺旋雨帶等精細結(jié)構(gòu)，限制了預(yù)報的精細化程度。為突破這一瓶頸，她在李泓老師的建議下，考取了南京大學(xué)薛明教授的在職博士生，聚焦高分辨率資料同化方法研究。歷經(jīng)六年（2016—2022，含一年赴美聯(lián)合研究）完成博士學(xué)業(yè)，這一經(jīng)歷為她后續(xù)走向更精細的臺風(fēng)數(shù)值預(yù)報奠定了理論與方法基礎(chǔ)。

駱婧瑤（右二）與美國俄克拉荷馬大學(xué)氣象學(xué)系教授格雷格·麥克法夸爾（Greg McFarquhar，左一）、李泓（左二）、薛明（右一）合影

回歸本源是突破困境的關(guān)鍵一步

回溯南京大學(xué)跟隨薛明教授讀博期間得到的科研歷練，駱婧瑤講了讓她此生難忘的一段經(jīng)歷。

讀博第一年她開始了“對流可分辨模式中多尺度資料同化方法”的研究，希望能提出一種在集合卡爾曼濾波框架下進行順序多尺度資料同化的新思路。研究之初，婧瑤自信地從數(shù)學(xué)推導(dǎo)入手，構(gòu)建了一套基于尺度適應(yīng)的同化算法，并完成了看似嚴密的公式表達。然而，當(dāng)她將理論付諸代碼、開始進行數(shù)值核驗時，結(jié)果卻始終不盡人意——同化效果不穩(wěn)定，甚至不如傳統(tǒng)方法。

受挫的她一遍遍檢查代碼、調(diào)整參數(shù)、更換個例，幾乎嘗試了所有能想到的技術(shù)調(diào)整手段，卻像陷入迷宮一般，始終找不到出口。看著屏幕上一次次失敗的試驗結(jié)果，挫敗感讓她一度心灰意冷，甚至開始懷疑自己是否適合科研，是否選錯了方向。“薛老師雖不時給予鼓勵，但我內(nèi)心清楚，問題的根源并未找到?！?/p>

真正的轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在幾乎走投無路之時。受與薛老師討論的啟發(fā)，她決定暫時放下代碼，重新回到最初的理論推導(dǎo)，逐行檢視那些曾以為無懈可擊的數(shù)學(xué)公式時，她驚訝地發(fā)現(xiàn)了一個隱蔽的推理漏洞——對于集合擾動的更新處理上存在缺陷。這個發(fā)現(xiàn)讓她既懊惱又興奮：懊惱于自己的疏忽，興奮于終于找到了問題的癥結(jié)。在修正了那個關(guān)鍵的公式環(huán)節(jié)，再次運行試驗程序，看到同化結(jié)果終于呈現(xiàn)出理想的理論特征時，那種如釋重負的喜悅讓婧瑤此生難忘。

這段經(jīng)歷讓駱婧瑤深切體會到，科研路上有時最難的并非解決問題，而是發(fā)現(xiàn)真正的問題所在，而敢于質(zhì)疑、回歸本源，往往是突破困境的關(guān)鍵一步。

這個基于集合卡爾曼濾波的反射率直接同化方法不久便用于某重點研發(fā)計劃，產(chǎn)生了高精度的臺風(fēng)典型個例分析數(shù)據(jù)集，為臺風(fēng)機理研究提供了樣本數(shù)據(jù)。

臺風(fēng)預(yù)報重鎮(zhèn)訪學(xué)提升信心

攻博期間，婧瑤曾在導(dǎo)師安排下兩赴美國俄克拉荷馬大學(xué)風(fēng)暴分析與預(yù)報中心訪學(xué)。用婧瑤自己的話來說，這段經(jīng)歷是她科研能力與視野的一次“升維”訓(xùn)練。在技術(shù)層面，得以沉浸式地學(xué)習(xí)和實踐當(dāng)時國際上最前沿的對流尺度資料同化與模式預(yù)報技術(shù)。更重要的收獲，是科研思維和問題解決能力的錘煉。

在實際高分辨區(qū)域數(shù)值業(yè)務(wù)預(yù)報應(yīng)用中，婧瑤發(fā)現(xiàn)雷達資料同化對于模式預(yù)報的改善效果有限。深入分析后，她識別出問題的核心在于高分辨集合背景場中存在的較大噪音，以及背景誤差協(xié)方差中存在的虛假相關(guān)。面對問題，婧瑤沒有停留在“發(fā)現(xiàn)”層面，而是嘗試去“解決”：通過數(shù)學(xué)方法，將不同尺度的信息分離處理，有針對性地抑制噪音和虛假相關(guān)的影響。

這種“發(fā)現(xiàn)問題-理論探索-實踐驗證”的完整閉環(huán)訓(xùn)練，極大地提升了她獨立從事創(chuàng)新性科研工作的信心與能力。

關(guān)注跟蹤中國首顆降水雷達運行

2023年博士畢業(yè)后，駱婧瑤被選派到北京中國氣象局綜合觀測司掛職于科研管理崗位。管理部門希望她的資料同化研究背景能幫助梳理系統(tǒng)內(nèi)大量綜合觀測的數(shù)值應(yīng)用情況。

當(dāng)時，中國風(fēng)云氣象衛(wèi)星系列在軌運行數(shù)量相當(dāng)于全球在軌運行的氣象衛(wèi)星的1/3，但風(fēng)云氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)在全球數(shù)據(jù)預(yù)報模式中的同化占比不到20%。如何提高風(fēng)云氣象衛(wèi)星的同化應(yīng)用率成為中國氣象局綜合觀測司面臨的重要課題。

同一時期（2023年4月），我國成功發(fā)射風(fēng)云三號G星（FY-3G）“降水星”，它搭載了國內(nèi)首臺用于降水監(jiān)測的雙頻測雨雷達。一直在關(guān)注風(fēng)云系列衛(wèi)星的駱婧瑤很清楚兼具地基雷達觀測分辨率高和衛(wèi)星能觀測遠海區(qū)域優(yōu)勢的星載降水雷達（FY-3G PMR），對監(jiān)測遠海臺風(fēng)內(nèi)部降水系統(tǒng)的價值，希望它能幫助資料同化研究。

這也是一年后駱婧瑤申請獲批的啟明星計劃的背景，她希望通過啟明星計劃，發(fā)展多尺度同化技術(shù)，克服FY-3G PMR的同化應(yīng)用瓶頸。

“氣候氣象問題離不開國際同行的智慧碰撞與合作”

婧瑤自上海亞太臺風(fēng)研究中心2021年成立伊始，就作為協(xié)同創(chuàng)新人員加入其中。上海亞太臺風(fēng)研究中心是一家新近成立的新型研發(fā)機構(gòu)，主要開展臺風(fēng)預(yù)報及防臺減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究，并與全球相關(guān)科研機構(gòu)開展聯(lián)合攻關(guān)，深化防臺減災(zāi)的國際合作與交流。

談及未來幾年的國際合作，駱婧瑤表示，盡管當(dāng)前國際上一些新興星載探測計劃面臨預(yù)算受限的挑戰(zhàn)，但這反而凸顯了用好現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源、深化國際合作的價值與緊迫性。她于2025年8月參加了在澳大利亞布里斯班舉行的第45屆國際地球科學(xué)與遙感大會（IGARSS 2025），其核心主題是“一個地球”（One Earth），旨在匯聚全球遙感力量，共同探討地球科學(xué)與遙感技術(shù)的前沿進展，以應(yīng)對氣候變化、生態(tài)保護等全球性挑戰(zhàn)。

駱婧瑤參加IGARSS 2025會議留影

在這次大會上，駱婧瑤作了關(guān)于“FY-3G PMR資料的同化應(yīng)用研究”的報告。她介紹的我國風(fēng)云三號G星降水測量雷達資料，因其能提供臺風(fēng)、暴雨等降水系統(tǒng)的三維立體結(jié)構(gòu)信息，對于提升降水監(jiān)測與預(yù)報能力具有重要意義，從而引發(fā)了美國馬里蘭大學(xué)、新加坡國立大學(xué)等多國同行的濃厚興趣，并隨即進行了深入交流。

駱婧瑤指出，在全球星載雷達觀測技術(shù)持續(xù)演進并面臨一些不確定性的背景下，如何更好地融合與同化各國現(xiàn)有的、具有獨特價值的衛(wèi)星數(shù)據(jù)集，共同彌補觀測空白，提升全球氣象預(yù)報能力，已成為IGARSS等國際會議各國科學(xué)家關(guān)注的焦點議題之一。

她認為，深化風(fēng)云衛(wèi)星資料的同化應(yīng)用，不僅是中國氣象事業(yè)的需要，也是對全球氣象觀測與預(yù)報體系的重要貢獻。

運動是“減壓閥和能量站”

此次從市區(qū)來臨港上海亞太臺風(fēng)研究中心，我換了3次地鐵，并在最后一段打了車，路上用時整整兩個小時。而婧瑤經(jīng)常要市區(qū)、臨港兩邊跑，婧瑤坦言，科研工作有其自身規(guī)律，有時需要整段的時間進行獨立思考與集中攻關(guān)?！拔視鶕?jù)科研任務(wù)的實際需要，合理安排在不同地點的工作節(jié)奏，力求在課題推進和團隊協(xié)作中找到最優(yōu)平衡?！?/p>

上海亞太臺風(fēng)研究中心

如何兼顧好科研工作和家庭生活，婧瑤的秘訣在于“專注”與“切換”：

“工作時，我力求全神貫注，高效完成任務(wù)；回到家中，我會努力將模式切換到‘母親’和‘妻子’的角色，給予家人高質(zhì)量的陪伴。打網(wǎng)球是我最放松的一刻?；旧厦恐芏紩蛞淮?。 這不僅僅是一項運動，更是我的‘減壓閥’和‘能量站’。在球場上奔跑、揮拍、流汗的過程，能讓我徹底清空大腦。這項運動不僅強健了我的體魄，也極大地鍛煉了我的意志力和專注力?！?/p>

發(fā)揚“追風(fēng)”精神，努力成為“馭風(fēng)者”

印象中，媒體上報道氣象（臺風(fēng)）研究者經(jīng)常會用到“追風(fēng)者”一詞。這次通過對“臺風(fēng)人”駱婧瑤的訪問，感覺駱婧瑤和她的導(dǎo)師薛明、李泓這批氣象（臺風(fēng)）研究者在“追風(fēng)”的同時還在追求成為“馭風(fēng)者”。駱婧瑤很認同“追風(fēng)者”一說，認為“追風(fēng)者”一詞形象地傳遞出了氣象工作者的追求和狀態(tài)。

“我們研究所的‘追風(fēng)’先鋒隊就是在臺風(fēng)臨近登陸時，逆向而行，深入風(fēng)暴一線，利用各種先進的移動觀測設(shè)備，直接捕捉臺風(fēng)發(fā)生時最核心、最寶貴的第一手資料。他們是真正的‘追風(fēng)者’，其工作充滿了挑戰(zhàn)與奉獻。

而薛教授、李教授以及我們年輕一代臺風(fēng)研究者的研究工作，是在‘追風(fēng)者’取得的寶貴觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上展開的。如果說‘追風(fēng)’是勇敢地‘走進’臺風(fēng)，那么我們的目標(biāo)則是希望通過數(shù)據(jù)和理論，‘逼進’臺風(fēng)的物理內(nèi)核。

從這個意義上，‘馭風(fēng)者’一詞也形象概括了臺風(fēng)研究者的追求——通過更深刻的理論認知和更先進的數(shù)值模式，‘駕馭’關(guān)于臺風(fēng)的知識和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對臺風(fēng)路徑、強度和風(fēng)雨影響的更精準(zhǔn)模擬與預(yù)報?！?/p>

-本文刊載于《世界科學(xué)》雜志2025年第11期“今日啟明星”欄目-

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