天氣預(yù)報：氣象高性能計算發(fā)展的40年

俗話說，“天有不測風(fēng)云”。但目前，中國的天氣預(yù)報尤其是晴雨預(yù)報準(zhǔn)確率在87%以上，接近發(fā)達(dá)國家水平。這背后，得益于氣象高性能計算四十年的發(fā)展。

在中國氣象局，天氣的數(shù)值預(yù)報離不開計算機。在改革開放初期，中國氣象局引進(jìn)了M-160Ⅱ和M-170兩臺大型計算機。使用這兩臺大型計算機，需要先小心翼翼地穿紙帶、鑿卡片，然后通過光電讀卡機將程序讀入到計算機里。雖然如此，它們的性能在當(dāng)時十分先進(jìn)，主要用于國際氣象通信業(yè)務(wù)，也被拿來研發(fā)數(shù)值預(yù)報模式，有時還會對外開放，全國各地都有人特地前來使用。

與“上機”的煩瑣步驟相映襯的，是人們對設(shè)備的百般呵護(hù)。那時還沒有加濕器，為保持機房的濕度，要往空調(diào)送風(fēng)口里吹水蒸氣，水蒸氣由一個密閉的電爐燒開水產(chǎn)生。當(dāng)時北京的自來水里礦物質(zhì)頗多，電爐沒過多長時間就結(jié)起水垢，只好改燒蒸餾水。為此，單位專門買了十幾個塑料水桶運水。水通過電梯運至三樓，再由四輪推車運至機房門口，最后由幾個年輕人兩人一桶將盛滿蒸餾水的水桶挑到空調(diào)機房。

有了大型計算機，我們氣象科研人員研究出了實用的數(shù)值天氣預(yù)報模式，將我國數(shù)值模式預(yù)報業(yè)務(wù)體系從無到有慢慢建立起來。

20世紀(jì)90年代是我國數(shù)值模式預(yù)報業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展的時期，我國躋身少數(shù)能夠發(fā)布中期數(shù)值預(yù)報的國家，氣象數(shù)據(jù)實現(xiàn)了實時收集和分發(fā)，數(shù)據(jù)從觀測站到達(dá)預(yù)報員眼前的時間，從1小時以上縮短到了10分鐘以內(nèi)。后來，陣列機在氣象部門全面鋪開，在超級計算機的基礎(chǔ)上，中國氣象局自主研發(fā)了新一代全球/區(qū)域通用數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)(GRAPES)，走過了從啟動研發(fā)到業(yè)務(wù)化的光輝歷程。

黨的十八大以來，氣象信息化工作深入開展，國產(chǎn)數(shù)值預(yù)報模式GRAPES的能力和水平不斷改善，已成為支撐智能化網(wǎng)格預(yù)報的核心力量。與此同時，數(shù)值預(yù)報賴以運行的高性能計算資源大幅改善，國產(chǎn)高性能計算機在其中逐漸成為主角。

隨著我國計算機技術(shù)的發(fā)展，氣象部門引進(jìn)了“派-曙光”國產(chǎn)高性能計算機，設(shè)有眾核小規(guī)模試驗子系統(tǒng)，為數(shù)值模式的移植與優(yōu)化未雨綢繆。經(jīng)過努力，中國氣象局新一代高性能計算機系統(tǒng)“派-曙光”啟動了業(yè)務(wù)化應(yīng)用。新系統(tǒng)計算能力達(dá)到每秒8189.5萬億次浮點運算。在引進(jìn)“派-曙光”國產(chǎn)高性能計算機后，中國氣象局高性能計算機系統(tǒng)總體規(guī)模躍居氣象領(lǐng)域世界第三位，僅次于英國氣象局和日本氣象廳。

但氣象部門并未滿足于此，因為高性能計算機領(lǐng)域的革新同樣永無止境。曾蟬聯(lián)世界超算冠軍的“神威·太湖之光”基于眾核處理器構(gòu)建，這也代表了未來超算的發(fā)展方向。

如今，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，氣象信息化發(fā)展也進(jìn)入了新階段。而作為氣象信息化基礎(chǔ)設(shè)施的高性能計算資源，將繼續(xù)為氣象信息化與智慧氣象建設(shè)鋪就大道，為人民群眾提供更精準(zhǔn)的天氣預(yù)報以及各種個性化的氣象服務(wù)。