实验室模式团队发展了“两洋一海”区域不同分辨率海气耦合模式和相应的耦合资料同化方法（相关成果发表在Advances in Meteorology），并以此模式框架为核心建立了“两洋一海”区域超高分辨率大气-海洋-陆地多圈层耦合延伸期数值预测系统（相关成果发表在Atmospheric and Oceanic Science Letters）。“两洋一海”区域是“21世纪海上丝绸之路”的重要空间载体，也是国防安全的核心战略海区。随着社会需求加剧，介于常规短期和气候尺度之间的延伸期（10–30天）预测的重要性逐渐突显。受限于海洋短期预报不含大气海洋快慢过程转化的信息存储机制、大气高频变化制约预报时效、全球气候预报分辨率较低、气陆海多圈层耦合机制理解不足及区域预报无较好初始化等问题，我国海洋延伸期预测工作仍是盲点，导致对一些海洋过程、灾害事件无法做出模拟及预警，因此本工作以解决中小尺度海气相互作用如何通过对大尺度大气海洋环流反馈而影响延伸期预测的关键问题为目标，突破区域超高分辨率多圈层耦合模式的开发、结合动力降尺度的耦合资料同化系统研发过程中的关键技术，实现区域动力环境多时空尺度、全要素和无缝隙涵盖的延伸期预测，以期在通量交换算法、超高分辨率动力降尺度技术、资料同化算法方面取得技术创新。
预测系统的核心模式采用中国海洋大学与美国Texas A&M University联合开发的CRCM (coupled regional climate model) 耦合区域气候模式作为基本动力学框架。其中的大气部分采用可同时满足天气预报和大尺度大气研究需要的WRF模式(Weather Research and Forecasting)，而海洋部分则采用区域海洋模式系统ROMS (Regional Ocean Modeling System)。预测系统的计算区域覆盖了海上和陆上丝绸之路，包括西太平洋、印度洋和中国南海在内的“两洋一海”，具体范围从24.91°S 到65.98°N, 30.26°E 到186.74°E，如下图所示。模式团队在2017年较粗分辨率（大气27km/海洋9km，简称27v9）的基础上继续推进了更高分辨率（大气9km/海洋3km，简称9v3）的耦合模式，并继9v3版本运行日趋稳定后，进一步推进了“两洋一海”区域超高分辨率的3v3耦合模式的建设与调试。在发展高分辨率区域耦合模式过程中，对分量模式进行了多方面的调试和改进，其中有些改进工作是具有普适意义的。比如对输入输出进行了并行优化极大提高了模式的运行效率，而改进的耦合权重系数配置方法和及其读写格式的改变则增加了模式的稳定性和扩展性，这些方法对将来的模式发展工作具有极高的参考意义。
图1：预测系统计算区域
“两洋一海”区域延伸期预测系统目前已经进行了为期一年的延伸期预测试运行。新建立的预测系统在完成常规短期（7天左右）预报的同时，可以对延伸期预测进行开拓性研究探索。本预测系统将区域高分辨率的耦合模式与局地精细化的观测信息相结合，是动力降尺度效应下的耦合模拟、同化、预报系统，作为我国在延伸期预测预报方向上的初始探索，将致力于为将来建立海上丝绸之路“两洋一海”区域超高分辨率(4km或以下)延伸期(10-30天或以上)多圈层耦合数值预测系统打下坚实地基础。随着该系统的建立、运行和完善，可将领域内的最新科研成果及时有效地转化成提高海洋环境安全保障的社会服务价值，既是服务于社会的海洋环境安全保障平台，也是研究局地精细物理过程及其对大尺度背景反馈作用的科研平台。
图2：耦合模式预报陆面降水（上）和高温警告（下）示例
预测系统的同化部分使用多尺度三维变分（MS-3DVAR）+可调集合卡曼滤波（EAKF）相结合的同化方案。同化方案的算法和实现都由我国科研人员独立创制完成，拥有完全自主的知识产权。集合模拟形式下的卡曼滤波可以较好的刻画模式系统的内在不确定性，但在观测数据较少时，对模式整体的系统性偏移的把握和描述不够准确，因此预测系统结合使用了两种同化手段。同化系统使用了卫星观测的海表温度数据和ARGO浮标数据等对模式进行修正，而同化方案还包括对模拟参数进行估计的参数估计模块，因此本预测系统是观测、模拟和同化三者相协同的预报预测系统。
图3：EAKF同化步聚流程图
图4：2018年3月12日，MS-3DVAR得到的不同空间尺度下的海表温度修正量
2017年7月到2017年9月，工作组与青岛海洋科学与技术国家实验室相关部门协作完成了国家实验室高性能科学计算与系统仿真平台的建设，并以此做为“两洋一海”区域耦合预测系统的主要测试与运行平台。2017年10月15日开始试运行27v9分辨率的耦合预测，2018年3月增加“两洋一海”区域高分辨率9v3版本的耦合预报。初始条件和边界条件使用了NCEP的CFSv2预报数据，海洋同化数据使用 OSTIA卫星观测海表面温度数据、AVISO卫星观测海表面高度资料和ARGO浮标温盐资料，大气同化数据使用GTS观测数据集和NASA QuikSCAT风场资料。不同分辨率版本的预报结果如图5、图6所示。通过对比分析可以发现9v3的高分辨率预报在降雨等的预报结果上较低分辨的27v9有明显改善，得到了很多以前并未见到的细节降雨结构（图7）。
图5：区域耦合预测系统27v9分辨率预报结果示例
图6：区域耦合预测系统9v3分辨率预报结果示例
图7：不同分辨率27v9（上）与9v3（下）预报降雨结果对比
延伸期预测系统自2017年10月上线以来，截至2018年11月1日，在384天中共提供了288天（每天预测未来15天）的准业务化延伸期预测服务，准业务化稳定度为75%。其中9km+3km系统在2018年4月上线以来，在214天中提供了98天的准业务化延伸期预测服务，准业务化稳定度为46%。目前的预报未完成的原因主要包括网络传输问题、国外原始数据源的数据异常以及系统升级调试和计算平台软硬件故障等。考虑到预测系统一直是边提供服务边进行后续开发、调整和测试，所以在首年的运行中取得如此成绩应该是令人满意的；而预测系统的稳定度在逐步上升，预计到2019年7月，系统将可以达到年均发布290天以上的业务稳定度。
图8：9v3系统预测结果准业务化业面示意
延伸期预测系统在2017年服务以来，多次完成台风、强降水的预报预警。提前11天准确预测了2017年21 号台风“兰恩”登陆日本，为目前系统预测的所有台风中提前日期最长的一个。其它台风可以提前5天较为准确的预测其路径，如下图所示为2018年9v3版本预测上线后所进行的几个台风预测实例，均为提前5天的预测结果与实际卫星观测的对比。
图9：预测结果（左）与卫星云图（右）比较从上至下分别为2018年4号台风艾云尼、5号台风马力斯、6号台风格美和8号台风玛莉亚
2018年6月9日到6月10日，“2018上合组织峰会”在青岛举行，期间第5号台风“马力斯”接近东海，提前10天的预测结果显示，可能登陆范围覆盖从广州往北到山东的我国东部大部分海岸线，有可能对“上合峰会”产生影响。因此预测系统对此台风高度关注，提前5天证明此台风在东海将拐向东北，经过日本以南海面，不会登陆青岛。成功地为“上合峰会”期间的海洋环境安全保障做出了贡献。
图10：9v3系统预测的上合峰会期间第5号台风“马力斯”的路径
2018年6月12日上午，作为国家实验室工作亮点，“一带一路”区域精细预报系统，接受了国家主席习近平同志的检查。主席对“马力斯”台风的细节提出了问题，国家实验室主任吴立新院士向主席作了具体的汇报。
图11：实验室主任吴立新院士向国家主席习近平讲解汇报预测系统工作情况