3 月 19 日訊，前不久，英國政府宣布撥款 12 億英鎊（約合 102 億人民幣），用于研發(fā)新一代超級計(jì)算機(jī)，以便在 2022 年獲得全球性能最強(qiáng)的天氣預(yù)報(bào)超算。
這項(xiàng) 12 億超級計(jì)算機(jī)投資的第二階段預(yù)計(jì)將在 2032 年完成，屆時(shí)可望讓超級運(yùn)算性能至少再提升 3 倍。預(yù)計(jì)在整個(gè) 10 年期間，該超級運(yùn)算性能的合約價(jià)值約為 8.54 億英鎊，其他成本還包括對觀測網(wǎng)絡(luò)的投資，以及利用超級計(jì)算機(jī)的功能和計(jì)劃辦公室的營運(yùn)成本。
為什么說氣象預(yù)報(bào)需要超級計(jì)算機(jī)？
是因?yàn)闅庀笮枰獙?shí)時(shí)處理、存儲、查詢、分析和統(tǒng)計(jì)海量氣象數(shù)據(jù)。比如從太平洋上空流向大陸的氣團(tuán)，可能要飛行兩到三天才能到達(dá)深圳。深圳市氣象局利用衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，在深圳超算中心，將氣團(tuán)的加速度、邊界條件都計(jì)算出來，就能夠預(yù)測氣團(tuán)到達(dá)深圳的時(shí)間與強(qiáng)度，再根據(jù)華南地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)作出綜合判斷——溫度高就潮一潮，溫度低就變成降雨，或者是強(qiáng)風(fēng)暴雨。
大規(guī)模與高精度的大氣數(shù)值模式計(jì)算，必須依靠大型的高性能計(jì)算機(jī)。
在資料收集和數(shù)值預(yù)報(bào)中超算是強(qiáng)助攻
“在觀測資料的收集和分析，以及數(shù)值天氣預(yù)報(bào)這兩個(gè)天氣預(yù)報(bào)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，超算扮演著至關(guān)重要的角色。”中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心高級工程師管成功說。
以人們比較關(guān)注的臺風(fēng)為例，通俗地講，就是把大氣和臺風(fēng)運(yùn)動，用一組大氣運(yùn)動方程組描述出來，氣壓、風(fēng)、溫度、濕度等數(shù)據(jù)是方程組的已知條件，天氣系統(tǒng)的變化（包括臺風(fēng)運(yùn)動、強(qiáng)度的變化等）是方程的未知數(shù)，計(jì)算這個(gè)龐大的方程組單靠人力很難完成。
在這個(gè)過程中，需要對地球表面的大氣進(jìn)行立體網(wǎng)格化處理。網(wǎng)格越細(xì)，預(yù)報(bào)的精度越好。
“就我國自主研發(fā)的 GRAPES 數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式來講，目前中國大地上均勻分布有近 400 萬個(gè)格點(diǎn)需要進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。沒有超級計(jì)算機(jī)，這些工作根本無法在有限的時(shí)間內(nèi)順利完成?！敝袊鴼庀缶?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心副主任沈?qū)W順補(bǔ)充說。
我國氣象事業(yè)從手工畫圖到智能化預(yù)報(bào)
氣象事業(yè)發(fā)展之初，制作天氣預(yù)報(bào)以天氣圖為主要工具，需要填圖員把數(shù)以萬計(jì)乃至數(shù)十萬計(jì)的數(shù)據(jù)、符號一個(gè)個(gè)填在天氣圖上，再由預(yù)報(bào)員進(jìn)行手工分析。這種預(yù)報(bào)結(jié)論有很強(qiáng)的主觀性，預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度和時(shí)效受到了極大限制。
數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的出現(xiàn)，很快成為預(yù)報(bào)員們做出更為客觀準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)的重要參考。隨著數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)和高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展，我國的現(xiàn)代化數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)于上世紀(jì) 80 年代正式開展。
“從最初的水平分辨率 300 公里到現(xiàn)在水平分辨率 3 公里的數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，離不開高性能計(jì)算機(jī)的一路相隨。目前我國自主研發(fā)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)——GRAPES 系列預(yù)報(bào)系統(tǒng)已在“派 - 曙光”上日夜兼程地運(yùn)轉(zhuǎn)。使我國天氣預(yù)報(bào)水平贏得了更多的贊譽(yù)?！闭劶斑@些，管成功頗為自豪。
還是以臺風(fēng)為例，正是有了超級計(jì)算機(jī)、風(fēng)云衛(wèi)星等高科技手段的支撐，近年來，我國臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào) 24 小時(shí)誤差穩(wěn)定在 70 公里左右，各時(shí)效預(yù)報(bào)全面超過美國和日本，達(dá)國際領(lǐng)先水平。同樣，降水、雷電、霧 - 霾、沙塵等預(yù)報(bào)預(yù)測準(zhǔn)確率也整體得到提升。
“一公里內(nèi)”精準(zhǔn)預(yù)報(bào)未來可期
準(zhǔn)備旅游，未出門就收到目的地的天氣預(yù)報(bào)；要滑雪，可隨時(shí)了解風(fēng)向、積雪深度等各種天氣指數(shù)；騎上共享單車，從 APP 里就能輕松獲知沿途天氣情況……相信很多人都對這種精準(zhǔn)的氣象服務(wù)充滿期待。
“這種期待都會變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，未來天氣預(yù)報(bào)只會更懂你?！鄙?qū)W順說，隨著數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和高性能計(jì)算的協(xié)同發(fā)展，區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)值預(yù)報(bào)精度將會進(jìn)一步提高，“未來全球預(yù)報(bào)的模式分辨率將達(dá)到 3—5 公里、區(qū)域或局地預(yù)報(bào)的模式分辨率將達(dá)到 100—1000 米?！?/p>
這意味著，未來無論你身在城市的哪個(gè)角落，你所獲取的天氣預(yù)報(bào)都會是你周圍一公里甚至是更小范圍內(nèi)的天氣情況?！皩脮r(shí)，天氣預(yù)報(bào)將會為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命安全提供更強(qiáng)有力的保障。”對此，沈?qū)W順充滿信心。
新超級計(jì)算機(jī)還將用于確保小區(qū)能夠更妥善地為極端天氣做好準(zhǔn)備，這包括更精密的降雨預(yù)測，有助于快速部署防洪系統(tǒng)；讓機(jī)場進(jìn)行更好的預(yù)測，以便為潛在的斷電作好計(jì)劃；以及為能源部門提供更詳細(xì)信息，協(xié)助其減輕潛在的能源中斷和突波等影響。新的超級計(jì)算機(jī)也將增強(qiáng)英國的超級運(yùn)算和數(shù)據(jù)技術(shù)能力，推動整個(gè)超級運(yùn)算、數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能(AI)領(lǐng)域的創(chuàng)新和技術(shù)。