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【预报】天气就这样被超算“算计”了

【预报】天气就这样被超算“算计”了
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本报采访人员付丽丽
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 。
“从最初的水平分辨率300公里到现在水平分辨率3公里的数值预报系统 ， 离不开高性能计算机的一路相随 。 目前我国自主研发的数值天气预报系统——GRAPES系列预报系统已在“派-曙光”上日夜兼程地运转 。 使我国天气预报水平赢得了更多的赞誉 。 ”谈及这些 ， 管成功颇为自豪 。
还是以台风为例 ， 正是有了超级计算机、风云卫星等高科技手段的支撑 ， 近年来 ， 我国台风路径预报24小时误差稳定在70公里左右 ， 各时效预报全面超过美国和日本 ， 达国际领先水平 。 同样 ， 降水、雷电、雾-霾、沙尘等预报预测准确率也整体得到提升 。
“一公里内”精准预报未来可期
准备旅游 ， 未出门就收到目的地的天气预报；要滑雪 ， 可随时了解风向、积雪深度等各种天气指数；骑上共享单车 ， 从APP里就能轻松获知沿途天气情况……相信很多人都对这种精准的气象服务充满期待 。
“这种期待都会变为现实 ， 未来天气预报只会更懂你 。 ”沈学顺说 ， 随着数值天气预报和高性能计算的协同发展 ， 区域范围内的数值预报精度将会进一步提高 ， “未来全球预报的模式分辨率将达到3—5公里、区域或局地预报的模式分辨率将达到100—1000米 。 ”


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