天气就这样被超算“算计”了

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发布时间:2020-03-19 10:10:28
来源:科技日报

 

 

本报记者 付丽丽

前不久,英国政府宣布拨款12亿英镑(约合102亿人民币),用于研发新一代超级计算机,以便在2022年获得全球性能最强的天气预报超算。

提到超算,人们自然而然会联想到它被用于航天、勘探、生命科学等“高大上”的领域。然而,鲜为人知的是,看似与超算风马牛不相及的天气预报,也是超算应用最广泛的领域之一。

在资料收集和数值预报中超算是强助攻

“在观测资料的收集和分析,以及数值天气预报这两个天气预报的关键环节中,超算扮演着至关重要的角色。”中国气象局数值预报中心高级工程师管成功说。

具体来讲,首先,大气观测数据来源于地基、空基观测。地基观测主要包括常规气象观测台站进行的气温、气压、湿度、风等的观测,以及运用雷达获得雷达回波信息。空基观测则主要是利用极轨卫星和静止卫星获取卫星辐射率信息。将纷繁复杂的观测资料梳理得井然有序,再与常规数据进行组合,调整为最接近真实情况的大气状态,这都需要超级计算机提供大力支持。

“其次,在获得地球大气观测数据后,气象部门将根据大气当前状态与周边环境,求取未来等间隔时间点的天气要素值,从而获得未来天气状态。”管成功说。

以人们比较关注的台风为例,通俗地讲,就是把大气和台风运动,用一组大气运动方程组描述出来,气压、风、温度、湿度等数据是方程组的已知条件,天气系统的变化(包括台风运动、强度的变化等)是方程的未知数,计算这个庞大的方程组单靠人力很难完成。

在这个过程中,需要对地球表面的大气进行立体网格化处理。网格越细,预报的精度越好。

“就我国自主研发的GRAPES数值天气预报模式来讲,目前中国大地上均匀分布有近400万个格点需要进行数值计算。没有超级计算机,这些工作根本无法在有限的时间内顺利完成。”中国气象局数值预报中心副主任沈学顺补充说。

我国气象事业从手工画图到智能化预报

气象事业发展之初,制作天气预报以天气图为主要工具,需要填图员把数以万计乃至数十万计的数据、符号一个个填在天气图上,再由预报员进行手工分析。这种预报结论有很强的主观性,预报精准度和时效受到了极大限制。

数值天气预报的出现,很快成为预报员们做出更为客观准确的天气预报的重要参考。随着数值预报技术和高性能计算机的发展,我国的现代化数值天气预报业务于上世纪80年代正式开展。

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