最近，全球氣象圈有一個大新聞。

“人均抱怨天氣時間最多的國家”——英國，即將打造世界上最快的天氣預報超級計算機。為此英國政府將投資12億英鎊。

另一邊，為提高預報精度，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）將超級計算能力提高3倍；日本氣象廳氣象研究所建設的新超級計算機系統(tǒng)也已經(jīng)開始運行。

各國為何如此大費周章地投資“氣象超腦”？究竟有多大用處？一起來看——

01

英國投資12億英磅用于超算

創(chuàng)建大氣的“數(shù)字孿生兄弟”

16petaflops（每秒一千萬億次浮點運算），這是英國擬打造氣象超級計算機的速度運行，這將是世界上最快的超級計算機之一。

英國商業(yè)和能源大臣阿洛克·沙瑪稱，該計劃旨在改善天氣和氣候模式。

據(jù)官方介紹，該超級計算機用來幫助更準確地預測風暴、選擇最合適的防洪地點、預測全球氣候變化，還將為機場提供更好的預測，以便其能夠為可能發(fā)生的天氣干擾制定計劃，并為能源行業(yè)提供更詳細的信息。

極端天氣和氣候變化影響預測將比以往任何時候更為迅速和準確，這一最新超級計算機技術還將使英國充分釋放天氣和氣候數(shù)據(jù)的潛力。

英國氣象局稱，這臺計算機將利用風速、氣溫和壓力等數(shù)據(jù)，創(chuàng)建大氣的“數(shù)字孿生兄弟”。相比當前10公里的預測范圍，它將對一公里范圍內(nèi)的地區(qū)進行預報。

在大型機場周圍，預報準確性將集中至僅300米（約1000英尺）。

此外，新超級計算機將進一步激發(fā)創(chuàng)新活力，推動英國在超級計算、數(shù)據(jù)科學、機器學習和人工智能等領域提升世界級的技能。

02

“計算”之外

展示氣候研究和全球減排領導地位

今年11月，英國將主辦第二十六屆聯(lián)合國氣候大會（COP26）。英國首相鮑里斯·約翰遜希望借此機會展示英國在氣候研究和減少全球溫室氣體排放方面的領導地位。

事實上，英國是第一個表示將在2050年前逐步淘汰溫室氣體排放的主要經(jīng)濟體。

英國政府尋求成為應對氣候變化的領路者，計劃利用新超級計算機生成的數(shù)據(jù)為制定政策提供信息。新的運算能力將幫助實現(xiàn)它們的“凈零”目標。

英國氣象局首席執(zhí)行官彭妮·恩德斯比教授認為，這次投入將有助于提供“在不斷變化的氣候中構筑恢復力更強的世界”所需的信息，有助于支持英國向低碳經(jīng)濟轉型，有助于英國繼續(xù)在天氣和氣候科學及服務領域保持領先地位，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將超級計算能力提高三倍

使模型改進成為可能

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）正在努力縮小美國與國際氣象和氣候機構，例如歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)之間的計算機建模差距。

2月20日，NOAA宣布與惠普旗下克雷計算公司簽署了一項總價值約5.05億美元的合同，后者將提供兩臺新的超級計算機，其中一臺將用于操作，另一臺將繼續(xù)作為備用機器。

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計算機結合使用，不僅超算性能提高數(shù)倍，而且使“存儲和互連速度”翻了一番。這能夠開發(fā)分辨率更高、物理學更尖端的模型，改進從衛(wèi)星、飛機、地面站和更多地方收集觀測數(shù)據(jù)的方法，并以提高準確性的方式將其輸入模型。

到2022年所有的計算機都投入運行時，該機構將擁有總計40petaflops（每秒一千萬億次浮點運算）的計算能力，用于運行20多個計算機模型，從旗艦全球預報系統(tǒng)（GFS）到短期高分辨率快速刷新(HRRR)數(shù)值預報。

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

04

日本氣象廳新超算投入運行

推進天氣、地震、海嘯和火山預測分析

3月3日，富士通宣布，它為日本氣象廳氣象研究所建設的新超級計算機系統(tǒng)已經(jīng)開始運行，新系統(tǒng)可實現(xiàn)2.81petaflops（每秒一千萬億次浮點運算）的理論計算性能。

該系統(tǒng)使用高速互連的IntelOmni-Path體系結構，并行連接880個富士通PRIMERGYCX2550M5服務器節(jié)點。這些服務器配備了英特爾最新的CPU——第二代IntelXeon可擴展處理器。因此，它在氣象研究所進行的天氣預報、地震和海嘯分析等模擬應用中實現(xiàn)了很高的可擴展性。

借助新的超級計算機系統(tǒng)，日本氣象廳氣象研究所計劃進一步推進地震、海嘯和火山的預測和分析等領域的研究與開發(fā)。

此外，該系統(tǒng)將用于開發(fā)更高分辨率、更詳細的數(shù)值預測模型以及用于預測全球變暖。

“作為日本氣象廳下屬機構，氣象研究所開展與氣象觀測、氣象條件分析和預測、陸地現(xiàn)象和水文現(xiàn)象等有關的各種研究，同時促進氣候變化研究基本技術的發(fā)展?！睔庀笱芯克呒壯芯繀f(xié)調(diào)主任小野一敏說道，“高分辨率的精確數(shù)值預測模型對于準確預測臺風及局部暴雨至關重要。新的超級計算機系統(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，但這只是人類社會生活極小占比的存在。

在更廣泛的領域內(nèi)，明辨天時，依然有著重要的價值。正因為如此，盡管預測天氣和氣候是世界上最復雜的問題之一，但我們卻孜孜以求地用最尖端的計算科學來抵達它。

簡單總結一下精準預測天氣的價值：

提高第一產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。

無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，越來越準的天氣預報，才能讓農(nóng)林牧副漁等產(chǎn)業(yè)獲得預期回報。

比如漁業(yè)，就是最早對氣象服務提出迫切需求的行業(yè)。早期，為了保障出海安全，漁民們求助過媽祖，尋找過氣象人員來為其講解天氣，與之相比，網(wǎng)格化顆粒度的預報，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天氣之一，當你在機場延誤了八個小時之后，你會不會氣憤為什么天氣預報不能在你買票時就提醒你？別問我是怎么知道的。

比如廣東就基于歷史觀測資料，系統(tǒng)地研究了廣東省熱帶氣旋風雨及其帶來的直接經(jīng)濟損失的空間分布特征，發(fā)現(xiàn)風雨天氣和經(jīng)濟損失之間的相關系數(shù)達到0.66以上（強正相關），這也表明了智能天氣系統(tǒng)在城市經(jīng)濟中的價值。

認識地球，建立完善領先的生態(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網(wǎng)，太湖、洪澤湖、高郵湖、駱馬湖建設了水上綜合觀測平臺。

而日本氣象新聞公司W(wǎng)NI為了開發(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，用于探測北極地區(qū)的陸面和洋面溫度。

總而言之，認識地球規(guī)律更多，本身也意味著在經(jīng)濟、人文布局上占據(jù)了主動權。

中國氣象報社出品

審核：段昊書

本文作者：中國氣象報記者劉淑喬 盧健 劉釗 綜合華盛頓郵報、WeatherNation、HPCWire、鈦媒體等報道

微信編輯：刷克 盧健