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。
提到超算，人們自然而然會聯想到它被用于航天、勘探、生命科學等“高大上”的領域。然而，鮮為人知的是，看似與超算風馬牛不相及的天氣預報，也是超算應用最廣泛的領域之一。
在資料收集和數值預報中超算是強助攻
“在觀測資料的收集和分析，以及數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。”中國氣象局數值預報中心高級工程師管成功說。
具體來講，首先，大氣觀測數據來源于地基、空基觀測。地基觀測主要包括常規(guī)氣象觀測臺站進行的氣溫、氣壓、濕度、風等的觀測，以及運用雷達獲得雷達回波信息?？栈^測則主要是利用極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星獲取衛(wèi)星輻射率信息。將紛繁復雜的觀測資料梳理得井然有序，再與常規(guī)數據進行組合，調整為最接近真實情況的大氣狀態(tài)，這都需要超級計算機提供大力支持。
“其次，在獲得地球大氣觀測數據后，氣象部門將根據大氣當前狀態(tài)與周邊環(huán)境，求取未來等間隔時間點的天氣要素值，從而獲得未來天氣狀態(tài)。”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、濕度等數據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，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格化處理。網格越細，預報的精度越好。
“就我國自主研發(fā)的GRAPES數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順利完成。”中國氣象局數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，需要填圖員把數以萬計乃至數十萬計的數據、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。
數值天氣預報的出現，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。隨著數值預報技術和高性能計算機的發(fā)展，我國的現代化數值天氣預報業(yè)務于上世紀80年代正式開展。
“從最初的水平分辨率300公里到現在水平分辨率3公里的數值預報系統(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”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;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實，未來天氣預報只會更懂你。”沈學順說，隨著數值天氣預報和高性能計算的協(xié)同發(fā)展，區(qū)域范圍內的數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的天氣情況。“屆時，天氣預報將會為社會經濟發(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。(本報記者 付麗麗)
