各国争相重金打造“气象超脑”,究竟为了啥?|解局

中国气象报

发布时间:03-1710:16

最近,全球气象圈有一个新闻。

“人均抱怨天气时间最多的国家”——英国,即将打造世界上最快的天气预报超级计算机。为此英国政府将投资12亿英镑。

另一边,为提高预报精度,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)将超级计算能力提高3倍;日本气象厅气象研究所建设的新超级计算机系统也已经开始运行。

各国为何如此大费周章地投资“气象超脑”?究竟有多大用处?一起来看——

01

英国投资12亿英磅用于超算

创建大气的“数字孪生兄弟”

16petaflops(每秒一千万亿次浮点运算),这是英国拟打造气象超级计算机的速度运行,这将是世界上最快的超级计算机之一

英国商业和能源大臣阿洛克·沙玛称,该计划旨在改善天气和气候模式

据官方介绍,该超级计算机用来帮助更准确地预测风暴、选择最合适的防洪地点、预测全球气候变化,还将为机场提供更好的预测,以便其能够为可能发生的天气干扰制定计划,并为能源行业提供更详细的信息。

极端天气和气候变化影响预测将比以往任何时候更为迅速和准确,这一最新超级计算机技术还将使英国充分释放天气和气候数据的潜力。

英国气象局称,这台计算机将利用风速、气温和压力等数据,创建大气的“数字孪生兄弟”相比当前10公里的预测范围,它将对一公里范围内的地区进行预报。

在大型机场周围,预报准确性将集中至仅300米(约1000英尺)。

此外,新超级计算机将进一步激发创新活力,推动英国在超级计算、数据科学、机器学习和人工智能等领域提升世界级的技能。

02

“计算”之外

展示气候研究和全球减排领导地位

今年11月,英国将主办第二十六届联合国气候大会(COP26)。英国首相鲍里斯·约翰逊希望借此机会展示英国在气候研究和减少全球温室气体排放方面的领导地位。

事实上,英国是第一个表示将在2050年前逐步淘汰温室气体排放的主要经济体。

英国政府寻求成为应对气候变化的领路者,计划利用新超级计算机生成的数据为制定政策提供信息。新的运算能力将帮助实现它们的“净零”目标。

英国气象局首席执行官彭妮·恩德斯比教授认为,这次投入将有助于提供“在不断变化的气候中构筑恢复力更强的世界”所需的信息,有助于支持英国向低碳经济转型,有助于英国继续在天气和气候科学及服务领域保持领先地位,确保其工作成果帮助政府、公众和行业做出更好的决策。

03

NOAA将超级计算能力提高三倍

使模型改进成为可能

美国国家海洋和大气管理局(NOAA)正在努力缩小美国与国际气象和气候机构,例如欧洲中期天气预报中心(ECMWF)之间的计算机建模差距。

2月20日,NOAA宣布与惠普旗下克雷计算公司签署了一项总价值约5.05亿美元的合同,后者将提供两台新的超级计算机,其中一台将用于操作,另一台将继续作为备用机器。

与NOAA位于西弗吉尼亚州、田纳西州、密西西比州和科罗拉多州的超级计算机结合使用,不仅超算性能提高数倍,而且使“存储和互连速度”翻了一番。这能够开发分辨率更高、物理学更尖端的模型,改进从卫星、飞机、地面站和更多地方收集观测数据的方法,并以提高准确性的方式将其输入模型。

到2022年所有的计算机都投入运行时,该机构将拥有总计40petaflops(每秒一千万亿次浮点运算)的计算能力,用于运行20多个计算机模型,从旗舰全球预报系统(GFS)到短期高分辨率快速刷新(HRRR)数值预报。

根据ECMWF研究部副主任彼得·鲍尔的说法,新的计算合同将使美国在原始计算能力方面与ECMWF大致持平。

04

日本气象厅新超算投入运行

推进天气、地震、海啸和火山预测分析

3月3日,富士通宣布,它为日本气象厅气象研究所建设的新超级计算机系统已经开始运行,新系统可实现2.81petaflops(每秒一千万亿次浮点运算)的理论计算性能。

该系统使用高速互连的IntelOmni-Path体系结构,并行连接880个富士通PRIMERGYCX2550M5服务器节点。这些服务器配备了英特尔最新的CPU——第二代IntelXeon可扩展处理器。因此,它在气象研究所进行的天气预报、地震和海啸分析等模拟应用中实现了很高的可扩展性。

借助新的超级计算机系统,日本气象厅气象研究所计划进一步推进地震、海啸和火山的预测和分析等领域的研究与开发。

此外,该系统将用于开发更高分辨率、更详细的数值预测模型以及用于预测全球变暖。

“作为日本气象厅下属机构,气象研究所开展与气象观测、气象条件分析和预测、陆地现象和水文现象等有关的各种研究,同时促进气候变化研究基本技术的发展。”气象研究所高级研究协调主任小野一敏说道,“高分辨率的精确数值预测模型对于准确预测台风及局部暴雨至关重要。新的超级计算机系统可以满足我们的期望。”

05

投入那么大

究竟有多大价值?

夏有空调、冬有暖气的都市人可能早已有了抵御气候变化的盔甲,但这只是人类社会生活极小占比的存在。

在更广泛的领域内,明辨天时,依然有着重要的价值。正因为如此,尽管预测天气和气候是世界上最复杂的问题之一,但我们却孜孜以求地用最尖端的计算科学来抵达它。

简单总结一下精准预测天气的价值:

提高第一产业的生产效率。无论科技和城市文明如何发展,农业“靠天吃饭”的本质都难以改变,越来越准的天气预报,才能让农林牧副渔等产业获得预期回报。

比如渔业,就是最早对气象服务提出迫切需求的行业。早期,为了保障出海安全,渔民们求助过妈祖,寻找过气象人员来为其讲解天气,与之相比,网格化颗粒度的预报,显然能最大限度地保障渔民们的生命安全。

最大程度地保障城市安全。即使身处城市之中,也依然会面临突发天气的困扰。比如雷暴天气就是夏季影响飞行安全的主要危险天气之一,当你在机场延误了八个小时之后,你会不会气愤为什么天气预报不能在你买票时就提醒你?别问我是怎么知道的。

比如广东就基于历史观测资料,系统地研究了广东省热带气旋风雨及其带来的直接经济损失的空间分布特征,发现风雨天气和经济损失之间的相关系数达到0.66以上(强正相关),这也表明了智能天气系统在城市经济中的价值

认识地球,建立完善领先的生态体系。除了天气变化本身,气象系统能够把空气、河流、山丘等拉进一张“数据网”中,比如南京就建立了特大城市综合大气垂直廓线观测网,太湖、洪泽湖、高邮湖、骆马湖建设了水上综合观测平台。

而日本气象新闻公司WNI为了开发北极新航道,甚至在2017年专门发射了一颗商用气象卫星,用于探测北极地区的陆面和洋面温度。

总而言之,认识地球规律更多,本身也意味着在经济、人文布局上占据了主动权。

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中国气象报社出品

核:段昊书

本文作者:中国气象报记者刘淑乔 卢健 刘钊 综合华盛顿邮报、WeatherNation、HPCWire、钛媒体等报道

微信编辑:刷克 卢健

投稿咨询:010-58993075(段老师)

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