最近，全球氣象圈有一個(gè)大新聞。

“人均抱怨天氣時(shí)間最多的國(guó)家”——英國(guó)，即將打造世界上最快的天氣預(yù)報(bào)超級(jí)計(jì)算機(jī)。為此英國(guó)政府將投資12億英鎊。

另一邊，為提高預(yù)報(bào)精度，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）將超級(jí)計(jì)算能力提高3倍；日本氣象廳氣象研究所建設(shè)的新超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行。

各國(guó)為何如此大費(fèi)周章地投資“氣象超腦”？究竟有多大用處？一起來(lái)看——

01

英國(guó)投資12億英磅用于超算

創(chuàng)建大氣的“數(shù)字孿生兄弟”

16petaflops（每秒一千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算），這是英國(guó)擬打造氣象超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度運(yùn)行，這將是世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一。

英國(guó)商業(yè)和能源大臣阿洛克·沙瑪稱，該計(jì)劃旨在改善天氣和氣候模式。

據(jù)官方介紹，該超級(jí)計(jì)算機(jī)用來(lái)幫助更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)風(fēng)暴、選擇最合適的防洪地點(diǎn)、預(yù)測(cè)全球氣候變化，還將為機(jī)場(chǎng)提供更好的預(yù)測(cè)，以便其能夠?yàn)榭赡馨l(fā)生的天氣干擾制定計(jì)劃，并為能源行業(yè)提供更詳細(xì)的信息。

極端天氣和氣候變化影響預(yù)測(cè)將比以往任何時(shí)候更為迅速和準(zhǔn)確，這一最新超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)還將使英國(guó)充分釋放天氣和氣候數(shù)據(jù)的潛力。

英國(guó)氣象局稱，這臺(tái)計(jì)算機(jī)將利用風(fēng)速、氣溫和壓力等數(shù)據(jù)，創(chuàng)建大氣的“數(shù)字孿生兄弟”。相比當(dāng)前10公里的預(yù)測(cè)范圍，它將對(duì)一公里范圍內(nèi)的地區(qū)進(jìn)行預(yù)報(bào)。

在大型機(jī)場(chǎng)周圍，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性將集中至僅300米（約1000英尺）。

此外，新超級(jí)計(jì)算機(jī)將進(jìn)一步激發(fā)創(chuàng)新活力，推動(dòng)英國(guó)在超級(jí)計(jì)算、數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等領(lǐng)域提升世界級(jí)的技能。

02

“計(jì)算”之外

展示氣候研究和全球減排領(lǐng)導(dǎo)地位

今年11月，英國(guó)將主辦第二十六屆聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)（COP26）。英國(guó)首相鮑里斯·約翰遜希望借此機(jī)會(huì)展示英國(guó)在氣候研究和減少全球溫室氣體排放方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。

事實(shí)上，英國(guó)是第一個(gè)表示將在2050年前逐步淘汰溫室氣體排放的主要經(jīng)濟(jì)體。

英國(guó)政府尋求成為應(yīng)對(duì)氣候變化的領(lǐng)路者，計(jì)劃利用新超級(jí)計(jì)算機(jī)生成的數(shù)據(jù)為制定政策提供信息。新的運(yùn)算能力將幫助實(shí)現(xiàn)它們的“凈零”目標(biāo)。

英國(guó)氣象局首席執(zhí)行官彭妮·恩德斯比教授認(rèn)為，這次投入將有助于提供“在不斷變化的氣候中構(gòu)筑恢復(fù)力更強(qiáng)的世界”所需的信息，有助于支持英國(guó)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，有助于英國(guó)繼續(xù)在天氣和氣候科學(xué)及服務(wù)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位，確保其工作成果幫助政府、公眾和行業(yè)做出更好的決策。

03

NOAA將超級(jí)計(jì)算能力提高三倍

使模型改進(jìn)成為可能

美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）正在努力縮小美國(guó)與國(guó)際氣象和氣候機(jī)構(gòu)，例如歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)之間的計(jì)算機(jī)建模差距。

2月20日，NOAA宣布與惠普旗下克雷計(jì)算公司簽署了一項(xiàng)總價(jià)值約5.05億美元的合同，后者將提供兩臺(tái)新的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其中一臺(tái)將用于操作，另一臺(tái)將繼續(xù)作為備用機(jī)器。

與NOAA位于西弗吉尼亞州、田納西州、密西西比州和科羅拉多州的超級(jí)計(jì)算機(jī)結(jié)合使用，不僅超算性能提高數(shù)倍，而且使“存儲(chǔ)和互連速度”翻了一番。這能夠開(kāi)發(fā)分辨率更高、物理學(xué)更尖端的模型，改進(jìn)從衛(wèi)星、飛機(jī)、地面站和更多地方收集觀測(cè)數(shù)據(jù)的方法，并以提高準(zhǔn)確性的方式將其輸入模型。

到2022年所有的計(jì)算機(jī)都投入運(yùn)行時(shí)，該機(jī)構(gòu)將擁有總計(jì)40petaflops（每秒一千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算）的計(jì)算能力，用于運(yùn)行20多個(gè)計(jì)算機(jī)模型，從旗艦全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)（GFS）到短期高分辨率快速刷新(HRRR)數(shù)值預(yù)報(bào)。

根據(jù)ECMWF研究部副主任彼得·鮑爾的說(shuō)法，新的計(jì)算合同將使美國(guó)在原始計(jì)算能力方面與ECMWF大致持平。

04

日本氣象廳新超算投入運(yùn)行

推進(jìn)天氣、地震、海嘯和火山預(yù)測(cè)分析

3月3日，富士通宣布，它為日本氣象廳氣象研究所建設(shè)的新超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行，新系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)2.81petaflops（每秒一千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算）的理論計(jì)算性能。

該系統(tǒng)使用高速互連的IntelOmni-Path體系結(jié)構(gòu)，并行連接880個(gè)富士通PRIMERGYCX2550M5服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。這些服務(wù)器配備了英特爾最新的CPU——第二代IntelXeon可擴(kuò)展處理器。因此，它在氣象研究所進(jìn)行的天氣預(yù)報(bào)、地震和海嘯分析等模擬應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了很高的可擴(kuò)展性。

借助新的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，日本氣象廳氣象研究所計(jì)劃進(jìn)一步推進(jìn)地震、海嘯和火山的預(yù)測(cè)和分析等領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā)。

此外，該系統(tǒng)將用于開(kāi)發(fā)更高分辨率、更詳細(xì)的數(shù)值預(yù)測(cè)模型以及用于預(yù)測(cè)全球變暖。

“作為日本氣象廳下屬機(jī)構(gòu)，氣象研究所開(kāi)展與氣象觀測(cè)、氣象條件分析和預(yù)測(cè)、陸地現(xiàn)象和水文現(xiàn)象等有關(guān)的各種研究，同時(shí)促進(jìn)氣候變化研究基本技術(shù)的發(fā)展?！睔庀笱芯克呒?jí)研究協(xié)調(diào)主任小野一敏說(shuō)道，“高分辨率的精確數(shù)值預(yù)測(cè)模型對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)及局部暴雨至關(guān)重要。新的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以滿足我們的期望?！?/span>

05

投入那么大

究竟有多大價(jià)值？

夏有空調(diào)、冬有暖氣的都市人可能早已有了抵御氣候變化的盔甲，但這只是人類社會(huì)生活極小占比的存在。

在更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)，明辨天時(shí)，依然有著重要的價(jià)值。正因?yàn)槿绱耍?/span>盡管預(yù)測(cè)天氣和氣候是世界上最復(fù)雜的問(wèn)題之一，但我們卻孜孜以求地用最尖端的計(jì)算科學(xué)來(lái)抵達(dá)它。

簡(jiǎn)單總結(jié)一下精準(zhǔn)預(yù)測(cè)天氣的價(jià)值：

提高第一產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。

無(wú)論科技和城市文明如何發(fā)展，農(nóng)業(yè)“靠天吃飯”的本質(zhì)都難以改變，越來(lái)越準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)，才能讓農(nóng)林牧副漁等產(chǎn)業(yè)獲得預(yù)期回報(bào)。

比如漁業(yè)，就是最早對(duì)氣象服務(wù)提出迫切需求的行業(yè)。早期，為了保障出海安全，漁民們求助過(guò)媽祖，尋找過(guò)氣象人員來(lái)為其講解天氣，與之相比，網(wǎng)格化顆粒度的預(yù)報(bào)，顯然能最大限度地保障漁民們的生命安全。

最大程度地保障城市安全。

即使身處城市之中，也依然會(huì)面臨突發(fā)天氣的困擾。比如雷暴天氣就是夏季影響飛行安全的主要危險(xiǎn)天氣之一，當(dāng)你在機(jī)場(chǎng)延誤了八個(gè)小時(shí)之后，你會(huì)不會(huì)氣憤為什么天氣預(yù)報(bào)不能在你買票時(shí)就提醒你？別問(wèn)我是怎么知道的。

比如廣東就基于歷史觀測(cè)資料，系統(tǒng)地研究了廣東省熱帶氣旋風(fēng)雨及其帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失的空間分布特征，發(fā)現(xiàn)風(fēng)雨天氣和經(jīng)濟(jì)損失之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.66以上（強(qiáng)正相關(guān)），這也表明了智能天氣系統(tǒng)在城市經(jīng)濟(jì)中的價(jià)值。

認(rèn)識(shí)地球，建立完善領(lǐng)先的生態(tài)體系。

除了天氣變化本身，氣象系統(tǒng)能夠把空氣、河流、山丘等拉進(jìn)一張“數(shù)據(jù)網(wǎng)”中，比如南京就建立了特大城市綜合大氣垂直廓線觀測(cè)網(wǎng)，太湖、洪澤湖、高郵湖、駱馬湖建設(shè)了水上綜合觀測(cè)平臺(tái)。

而日本氣象新聞公司W(wǎng)NI為了開(kāi)發(fā)北極新航道，甚至在2017年專門發(fā)射了一顆商用氣象衛(wèi)星，用于探測(cè)北極地區(qū)的陸面和洋面溫度。

總而言之，認(rèn)識(shí)地球規(guī)律更多，本身也意味著在經(jīng)濟(jì)、人文布局上占據(jù)了主動(dòng)權(quán)。

中國(guó)氣象報(bào)社出品

審核：段昊書

本文作者：中國(guó)氣象報(bào)記者劉淑喬 盧健 劉釗 綜合華盛頓郵報(bào)、WeatherNation、HPCWire、鈦媒體等報(bào)道

微信編輯：刷克 盧健