山东青岛：乔方利团队原创建立第三代台风模式，攻克世界级科学难题

习近平总书记指出，“要坚持底线思维，加强对极端恶劣天气的监测和预警”，“推动公共安全治理模式向事前预防转型”，为台风科学研究和防灾减灾路径指明了方向。

台风是世界重大灾害

台风或飓风（西北太平洋生成的称为台风，大西洋和东北太平洋生成的称为飓风）是全球破坏力最强的自然灾害之一。每年全球约有10亿人口遭受台风灾害影响，造成的年均经济损失高达一万亿元人民币，占全球自然灾害总损失的40%。伴随全球气候变暖趋势加剧，全球超强台风的发生频次、强度均持续攀升，灾害风险进一步加剧。据国际科研结果，台风造成的实际灾害损失，与台风强度预报误差的平方成正比，这意味着提升台风强度预报精准度，是全球民生保障迫切的科技需求。

然而，过去近40年，全球台风强度预报技术进展极其缓慢。2025年，中国科协将“台风强度预报”列入十大科学难题；2017年，美国国会出台“气象法案”，确定了针对经历快速增强的飓风5年和10年预报精度分别达到7.5米/秒和4.5米/秒的目标。但由于台风预报的极端复杂性，台风强度预报技术难题长期无法破解。

国际两代台风预报模式面临的科技挑战

人类针对台风数值预报的科研探索已历经70余年。上世纪五十年代，欧美和苏联科研团队率先基于大气运动控制方程，搭建台风数值预报模式框架，后续逐步迭代形成两代主流预报模式体系，但始终无法攻克强度预报误差过大的难题。

第一代纯大气模式：仅聚焦台风的大气过程，忽略海洋的核心作用，人为固定海洋下垫面温度。长期应用发现其存在致命的“跷跷板”缺陷：预报弱台风时强度偏强，预报强台风时强度偏弱。

第二代海气耦合模式：本世纪初由欧美等科技发达国家引领，实现了海洋与大气过程耦合模拟和预测，这样更贴合自然物理规律，一定程度上优化了弱台风的预报效果。但该类模式仍存在关键短板：台风引发的剧烈海水搅拌过程会降低海表温度，导致强台风预报偏差进一步扩大。

构建了海浪影响海气交换的新理论

国内外科技界长期难以较为精准地预报台风强度，其核心根源在于对海气热量和动量交换机制认知不足。海洋是台风生长、增强的核心“能量发动机”，海气之间的交换决定了台风强度的变化。而海气交换过程本质是湍流运动——湍流被称作“经典物理学最后未解决的重大科学难题”。全球传统台风模式沿用的海气交换算法，是上世纪五十年代提出的估算方案。早在上世纪90年代，诺贝尔物理学奖得主、德国著名物理海洋学家克劳斯·哈塞尔曼便提出猜想：海浪可能在海气交换过程中发挥关键作用。但该猜想一直缺乏定量化的科学实证，无法实际应用于台风预报模式。

针对这一世界级基础科学难题，乔方利研究员带领团队历时20余年持续攻关，构建起完整理论体系，解开了海浪如何影响海气通量的科学谜题：

第一，阐明了海浪对湍流的调控机制。发现海浪在上层海洋催生高强度湍流，并实现了该湍流过程的量化表达。将其融入数值模式后，大幅提升了上层海洋与全球气候系统模拟的精准度，并减少了海气之间的热量交换。

第二，量化了海浪动量交换效应。通过海量科学实验，揭示了海浪对海气动量通量的调控规律。强台风条件下，海浪及其破碎产生的飞沫，可降低海面大气运动的摩擦阻力，助推台风强度增强。

第三，实现了海浪飞沫热量输送的工程化应用。更精准地刻画了海浪飞沫对海气热量输送的增益效应，完成了该物理过程在台风模式中的技术落地。

上述三个过程互相竞争，构成了海浪调控海气交换的理论内核。上述理论已被世界后续多项现场观测和室内实验反复验证，并被欧美数十个顶尖模式研发机构采纳应用，被国际专家评价为“开辟了模式发展的新时代”。

我国原创建立了第三代台风模式

依托上述基础理论突破，乔方利带领团队不懈攻关，2017、2022和2024年层层递进，一步一个脚印，在国际上率先构建了第三代台风模式。在此基础上，2024年组建了中、美、欧国际合作团队，开展台风预报实验的系统性设计，并对2020—2024年西北太平洋所有经历快速增强的37个强台风开展了台风回报检验（回报不同于后报，回报所用数据与预报情景一致，因此回报结果可认为与预报具有同等水平），结果显示：新模式提前3天回报/预报台风最大强度的能力，较同期美欧日多国业务化预报系统平均提升了82%，预报误差从18.8米/秒降至3.3米/秒，较同期美国9.1米/秒预报误差降低了64%。已全面超越美国十年攻坚目标，实现了我国台风预报能力的代际跨越。该成果已逐步应用于国家和沿海区域业务化预报中心。该项成果对台风预报实现了从“个例有效”到“全域适用”的跨越，具备了业务推广条件。同时，新模式精准破解了台风快速增强预报这一国际难题。未来，第三代台风模式与AI深度融合，可进一步提升台风的智能化预报能力。

8月，该团队的研究成果发表于Nature旗下顶尖地学期刊《Communications Earth & Environment》（https://doi.org/10.1038/s43247-026-03754-y）。论文预印本上线后，短期内全球阅读量近三千次，彰显了国际科学界对这项成果的高度关注。同时，为加速科技成果转化、惠及全球民众，乔方利团队公开了第三代台风模式源代码（https://doi.org/10.5281/zenodo.14546846），全球科研同行可以方便地应用该成果，让全球民众共享中国海洋理论创新带来的科技红利。（张栋）

责任编辑：蔡劲蓉