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气象预报需要的超算有多“硬核”？

2023-07-31 11:20:13 来源：中国气象数据

超级大脑助力天气预报

预测天气和气候是世界上最复杂的问题之一。从20世纪50年代开始，数值模式预报方法取得了成功。然而，60多年来，人们所需的气象预报时空精度越来越高，数值模式已经从一个简单的正解方程发展到世界上最复杂的软件项目之一，海量数据和数百万条代码总能轻易占满计算设备的所有可用资源。

什么是数值模式

(资料图片)

数值天气预报是指根据大气实际情况，在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。

当时分析天气图和读取数据等工作，都是人工进行的，这些工作所费的时间，比当时在电子计算机上的计算时间(试验)大10倍左右。为了提高工作效率并减少人为的误差，从1954年起，人们相继提出一些用电子计算机进行客观分析和自动处理资料的方法。不久，从收报到分析预报，都开始实现了自动化。

为数值模式安装"加速器 "

20世纪90年代是我国数值模式预报业务蓬勃发展的时期，我国跻身少数能够发布中期数值预报的国家。理所当然地，数值模式繁荣的背后，少不了高性能计算与通信网络的大发展。

随着高性能计算机能力的明显增强，银河Ⅱ、CRAY J90、CRAY EL98、CRAY C92、IBM SP、IBM SP2、曙光1000A……一系列高性能计算机陆续引入气象业务部门，T42L9、T63L16、 T106L19等模式随之成熟，科研与数据处理需求也得到了满足。

国产高性能计算机系统“派—曙光”概念图。国家气象信息中心供图

尤为重要的是，随着9210工程的逐步落实，我国气象数据实现了首次实时收集和分发，数据从观测站到达预报员眼前的时间，从1小时以上缩短到了10分钟以内。

2018年，在改革开放的第40个年头，中国气象局新一代高性能计算机系统“派-曙光”启动了业务化应用。新系统计算能力达到每秒8189.5万亿次浮点运算，存储能力达到23088TB。

在引进“派-曙光”以后，中国气象局高性能计算机系统总体规模跃居气象领域世界第三位，仅次于英国气象局和日本气象厅。

在“派-曙光”中，气象部门特意配置了小规模试验子系统，支持GPU/众核环境下气象模式的研发与试验，希望借此为将来迁移到众核系统做好准备。

与此同时，气象部门的计算资源还在一步步迈向集约、开放与共享，以往“一套系统一台机器”造成的烟囱林立现象正逐渐改善。集约化管理数据资源和高性能计算资源，构成丰沛的数据资源池，开放共享、各取所需，正是大势所趋。

如今，中国气象局仍在持续推进超算算力不断升级。5月11日，第一批新国家级高性能计算（HPC）子系统1安装建设完成，其系统双精度浮点峰值计算性能达13PFlops（P：千万亿次，Flops：每秒浮点运算次数）、数据存储能力达76PB；其他子系统也在陆续安装中，相信其建成后将为更精准的智能预报提供支撑。

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