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)新一代超級計算機，以便在 2022 年獲得全球性能最強的天氣預報超算。
這項 12 億超級計算機投資的第二階段預計將在 2032 年完成，屆時可望讓超級運算性能至少再提升 3 倍。預計在整個 10 年期間，該超級運算性能的合約價值約為 8.54 億英鎊，其他成本還包括對觀測網(wǎng)絡的投資，以及利用超級計算機的功能和計劃辦公室的營運成本。
為什么說氣象預報需要超級計算機？
是因為氣象需要實時處理、存儲、查詢、分析和統(tǒng)計海量氣象數(shù)據(jù)。比如從太平洋上空流向大陸的氣團，可能要飛行兩到三天才能到達深圳。深圳市氣象局利用衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，在深圳超算中心，將氣團的加速度、邊界條件都計算出來，就能夠預測氣團到達深圳的時間與強度，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，或者是強風暴雨。
大規(guī)模與高精度的大氣數(shù)值模式計算，必須依靠大型的高性能計算機。
在資料收集和數(shù)值預報中超算是強助攻
“在觀測資料的收集和分析，以及數(shù)值天氣預報這兩個天氣預報的關鍵環(huán)節(jié)中，超算扮演著至關重要的角色。”中國氣象局數(shù)值預報中心高級工程師管成功說。
以人們比較關注的臺風為例，通俗地講，就是把大氣和臺風運動，用一組大氣運動方程組描述出來，氣壓、風、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（包括臺風運動、強度的變化等）是方程的未知數(shù)，計算這個龐大的方程組單靠人力很難完成。
在這個過程中，需要對地球表面的大氣進行立體網(wǎng)格化處理。網(wǎng)格越細，預報的精度越好。
“就我國自主研發(fā)的 GRAPES 數(shù)值天氣預報模式來講，目前中國大地上均勻分布有近 400 萬個格點需要進行數(shù)值計算。沒有超級計算機，這些工作根本無法在有限的時間內(nèi)順利完成。”中國氣象局數(shù)值預報中心副主任沈學順補充說。
我國氣象事業(yè)從手工畫圖到智能化預報
氣象事業(yè)發(fā)展之初，制作天氣預報以天氣圖為主要工具，需要填圖員把數(shù)以萬計乃至數(shù)十萬計的數(shù)據(jù)、符號一個個填在天氣圖上，再由預報員進行手工分析。這種預報結論有很強的主觀性，預報精準度和時效受到了極大限制。
數(shù)值天氣預報的出現(xiàn)，很快成為預報員們做出更為客觀準確的天氣預報的重要參考。隨著數(shù)值預報技術和高性能計算機的發(fā)展，我國的現(xiàn)代化數(shù)值天氣預報業(yè)務于上世紀 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)值預報系統(tǒng)，離不開高性能計算機的一路相隨。目前我國自主研發(fā)的數(shù)值天氣預報系統(tǒng)——GRAPES 系列預報系統(tǒng)已在“派 - 曙光”上日夜兼程地運轉。使我國天氣預報水平贏得了更多的贊譽。”談及這些，管成功頗為自豪。
還是以臺風為例，正是有了超級計算機、風云衛(wèi)星等高科技手段的支撐，近年來，我國臺風路徑預報 24 小時誤差穩(wěn)定在 70 公里左右，各時效預報全面超過美國和日本，達國際領先水平。同樣，降水、雷電、霧 - 霾、沙塵等預報預測準確率也整體得到提升。
“一公里內(nèi)”精準預報未來可期
準備旅游，未出門就收到目的地的天氣預報；要滑雪，可隨時了解風向、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的氣象服務充滿期待。
“這種期待都會變?yōu)楝F(xiàn)實，未來天氣預報只會更懂你。”沈學順說，隨著數(shù)值天氣預報和高性能計算的協(xié)同發(fā)展，區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)值預報精度將會進一步提高，“未來全球預報的模式分辨率將達到 3—5 公里、區(qū)域或局地預報的模式分辨率將達到 100—1000 米。”
這意味著，未來無論你身在城市的哪個角落，你所獲取的天氣預報都會是你周圍一公里甚至是更小范圍內(nèi)的天氣情況。“屆時，天氣預報將會為社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生命安全提供更強有力的保障。”對此，沈學順充滿信心。
新超級計算機還將用于確保小區(qū)能夠更妥善地為極端天氣做好準備，這包括更精密的降雨預測，有助于快速部署防洪系統(tǒng)；讓機場進行更好的預測，以便為潛在的斷電作好計劃；以及為能源部門提供更詳細信息，協(xié)助其減輕潛在的能源中斷和突波等影響。新的超級計算機也將增強英國的超級運算和數(shù)據(jù)技術能力，推動整個超級運算、數(shù)據(jù)科學、機器學習和人工智能(AI)領域的創(chuàng)新和技術。