世界气象组织（WMO）作为目前拥有193个会员 国和会员地区的政府间组织，是联合国的专门机构。由于天气、气候本身具有无国界的属性，全球气象数 据交换和共享对于气象观测和预报业务的发展至关重要。WMO于1963年在第四次世界气象大会上通过了 启动世界天气监视网（WWW）计划的决议，主要是为 了加强气象卫星的国际合作。当前，WWW已发展到 利用观测技术、通信系统和数值预报等在全球范围内 规范、收集、分析、加工和分发天气、气候和其他环 境信息，促进各会员的国家气象和水文部门更好地应对灾害性天气、气候变化等，以减少生命财产损失、 保护资源与环境，并保障社会经济的发展[1] 。WWW 计划包括三个核心部分：WMO全球综合观测系统 （WIGOS）、WMO信息系统（WIS）和全球数据处理和 预报系统（GDPFS）。 

GDPFS是由WMO各个会员的业务中心组成的网络，按照WMO有关规范制作和提供天气、气候、水和环境相关产品和服务。GDPFS采用世界气象中心、 区域专业气象中心和国家气象中心三层级联业务体 系。世界气象中心主要通过其发展的全球数值预报模 式（以及全球集合预报系统），向WMO各会员，特别是欠发达国家会员提供无缝隙的分析和预报产品，以 支持他们开展高影响天气早期预警[2] 。

21世纪以来，人工智能、云计算、新型观测等新一轮科技的迅猛发展为传统气象信息的收集、制作 和分发带来了新的机遇[3] 。全球气候变化背景下社会各领域对气象预报信息的要求更多更高，未来需要采用综合地球系统的方法[4] ，并朝着基于影响的预报和基于风险的预警方向发展[5] 。另一方面，过去几十年 WMO通过制定标准、规则、规范，实现了免费的国 际数据共享，成为了全球性组织和国际合作的典范。为了更好地应对新时期数据交换需求的激增和促进国 际社会加强合作，WMO修订了地球系统框架下的统 一数据政策，将对世界气象中心的相关业务产生影响[6] 。本文将介绍无缝隙地球系统背景下世界气象中 心的现状，新技术发展趋势，并结合美欧国家和地区 业务中心对世界气象中心的发展进行展望。

1  世界气象中心发展现状

1.1 世界气象中心概况

WMO框架下的GDPFS由世界气象中心（World Meteorological Centre，WMC）、区域专业气象中心 （Regional Specialized Meteorological Centre，RSMC） 和国家气象中心（National Meteorological Centre， NMC）三层业务中心组成，分别在全球、区域和国家 层面履行GDPFS的职能，向WMO会员及相关机构提供 天气、水、气候、环境等分析和预报业务产品。WMO 发布的《全球数据处理和预报系统手册》（WMONo.485）（以下简称GDPFS手册）是各个GDPFS中心运 行资料处理和预报系统的技术规则的唯一来源[7] ，目 的是确保各个中心业务运行采用的资料、信息及制作 规范、规程和规格具备足够的统一性和标准化。

GDPFS手册规定，WMC须至少开展全球确定性数值天气预报、全球集合数值天气预报和全球长期数 值预报这三项业务。截至2021年12月，WMO认定的 WMC有10个（表1）。美国、俄罗斯、澳大利亚是在 1967年WMO第五次世界气象大会被认定为WMC的， 中国、英国、德国、加拿大、日本和ECMWF是在 2017年WMO执行理事会第69次届会上被认定为WMC 的，而法国是在2021年WMO执行理事会第73次届会 上被认定为WMC的。不难看出，由于发展全球数值 模式需要很高的计算机投资成本、业务运行和维护成 本以及科研开发的大量投入，因此WMC绝大部分集 中在发达国家。

承担WMC职责的国家气象水文部门也存在着同 时承担WMO区域专业气象中心的情况，如表1所示。目前被WMO认定为至少三个RSMC的WMC有8个，其 中，东京被认定的RSMC最多（7个）。北京被认定的 RSMC有4个，包括核环境应急响应、沙尘暴预报、海 洋气象服务和区域气候中心。一些RSMC除了提供实 时业务产品以外还负责协调相关中心的非实时活动，称为牵头中心。牵头中心的职责包括负责对其他中 心提交的业务数值模式结果进行验证或检验。例如， ECMWF承担了确定性数值天气预报（NWP）检验牵头 中心和海浪预报检验牵头中心的职责，负责汇集和发 布各中心提交的检验结果，同时提供必要的指导。日 本气象厅是全球集合预报模式检验的牵头中心。

1.2 世界气象中心产品平台 

根据GDPFS手册（2019版），世界气象中心须按照 要求向WIS提供清单中规定的全球确定性NWP产品（预 报时效至少达6 d）、全球集合数值天气预报产品（预报 时效达10 d）和全球长期数值预报产品（预报时效至少 达4个月），同时在网站上发布相关业务模式系统的说 明文档及通过WIS提供的产品列表，并保持更新[7] 。

各个WMC主要通过WIS的全球信息系统中心 （GISC）提供相关产品的元数据，让WMO各会员能 够发现、检索和获取所需的产品。此外，中国、德国 等WMC建立了专门的网络平台或子网页来发布相关 产品。例如，中国气象局在2018年建立了世界气象 中心（北京）网站（http://www.wmc-bj.net），实时发 布CMA-GFS全球确定性数值模式产品、CMA-GEPS 全球集合预报系统产品和CMA-CPS全球气候模式产 品，以及风云气象卫星观测产品和气候指数等产品， 网站的用户访问量不断增加，2021年网页访问次数已 达近30万。德国气象局在其官网上建立了世界气象 中心子栏目，实时发布ICON全球确定性数值预报产 品和全球集合预报系统图形产品，最长时效达7.5 d。ECMWF等其他世界气象中心也通过各自网站提供全球或区域范围的数值预报模式产品。

GDPFS建立的目的之一是促进合作和信息交换， 从而有助于发展中国家气象水文部门的能力提升。WMO自2006年启动了“灾害性天气预报示范计划” （SWFDP），包括中国在内的多个国家的WMC参与了 SWFDP的亚洲、非洲等各个区域子计划，通过建立的 网站平台提供全球NWP产品和集合预报（包含基于站 点的）产品，并开展相关技术培训，为提升发展中国 家灾害性天气预报预警能力，减少灾害和损失作出了积极贡献[2] 。

2 无缝隙地球系统理念及技术发展趋势 

WMO认定的WMC代表着当前国际气象业务的先进水平，在数值天气气候预报及应用等领域取得了 显著的进步，并建立了相关的数据共享框架，促进 WMO各个会员都能受益于这些进步。随着科学认识 的不断深化，气象研究已越来越倾向于将地球系统作 为一个整体来考虑。2015年，WMO第十七次世界气 象大会提出了“综合无缝隙GDPFS”的发展方向，即 构建从分钟到年代际，从局地到全球的全覆盖、无缝 隙全球数据处理和预报系统。无缝隙预报理念、AI、 云计算等新技术以及WMO地球系统框架下的统一数 据政策将推动与影响未来WMC的业务发展。

2.1 无缝隙预报 

2014年举办的首次世界天气开放科学大会以及2017年出版的“地球系统科学前沿”白皮书等将无缝 隙预报作为未来几十年科学界指导方针的重要指标， 提出从分钟级到世纪尺度、从米到全球空间尺度的预 报发展趋势[8-9] 。短时临近和延伸期时效是目前预报中 备受关注的“缝隙”，也是预报的难点。德国气象局 从2017年起启动了无缝隙综合预报系统（SINFONY） 项目[10] ，主要利用雷达、卫星资料和集合预报模式将 临近预报与短期预报进行融合，旨在改善0～12 h时效 的强对流天气预报。

传统逐日至周尺度上的天气预报多依赖于高分辨率大气数值模式，而月至季节尺度上的气候模拟和预 测考虑了海—陆—气耦合过程，但模式分辨率低于天气 预报模式。无缝隙天气气候一体化模式是当前国际研 究的前沿，目前有个别业务中心能够运行无缝隙的数 值模式，如英国气象局基于相同的模式框架构建了无 缝隙预报体系，即统一模式（UM），包含1.5 km的区 域对流尺度模式，几十公里的气候模式及上百公里的 地球系统模式[11] 。

在次季节至季节（S2S）尺度上，WMO发起的S2S预测计划[12] 汇集了来自全球11个业务预报中心制作的 次季节预报产品（预报时效长达60 d），包括近实时集合预报和集合再预报，旨在重点改进两周以上异常天 气事件的预报能力。

面对不同尺度多模式的海量信息，很多业务中心通过发展模式后处理技术来降低模式的偏差，从 而得到协调一致的预报结果。例如，英国气象局融 合多模式信息发展了综合模式后处理和检验系统 （IMPROVER）[13] ，提供无缝隙格点化概率预报产品。我国近些年利用多源观测、模式数据及新技术、新方 法，初步建立了针对不同预报时效的无缝隙精细化网 格预报技术，提高预报的准确度和精细度[14] 。

2.2 人工智能和机器学习 

以机器学习、深度学习为代表的人工智能（AI） 技术近些年已经开始在气象观测、预报、服务等各个 方面发挥作用[15] 。WMO研究理事会在2020年设立了 百万兆级计算、数据处理和AI任务组，并开展概念指 南的编写，将在AI相关领域通过国际协调来促进提升 地球系统预报能力。WMO还加入了