氣象高性能計(jì)算發(fā)展的40年

沈文海

俗話說，“天有不測(cè)風(fēng)云”。但目前，中國的天氣預(yù)報(bào)尤其是晴雨預(yù)報(bào)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(jì)算四十年的發(fā)展。

在中國氣象局，天氣的數(shù)值預(yù)報(bào)離不開計(jì)算機(jī)。在改革開放初期，中國氣象局引進(jìn)了M-160Ⅱ和M-170兩臺(tái)大型計(jì)算機(jī)。使用這兩臺(tái)大型計(jì)算機(jī)，需要先小心翼翼地穿紙帶、鑿卡片，然后通過光電讀卡機(jī)將程序讀入到計(jì)算機(jī)里。雖然如此，它們的性能在當(dāng)時(shí)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(bào)模式，有時(shí)還會(huì)對(duì)外開放，全國各地都有人特地前來使用。

與“上機(jī)”的煩瑣步驟相映襯的，是人們對(duì)設(shè)備的百般呵護(hù)。那時(shí)還沒有加濕器，為保持機(jī)房的濕度，要往空調(diào)送風(fēng)口里吹水蒸氣，水蒸氣由一個(gè)密閉的電爐燒開水產(chǎn)生。當(dāng)時(shí)北京的自來水里礦物質(zhì)頗多，電爐沒過多長(zhǎng)時(shí)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(gè)塑料水桶運(yùn)水。水通過電梯運(yùn)至三樓，再由四輪推車運(yùn)至機(jī)房門口，最后由幾個(gè)年輕人兩人一桶將盛滿蒸餾水的水桶挑到空調(diào)機(jī)房。

有了大型計(jì)算機(jī)，我們氣象科研人員研究出了實(shí)用的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式，將我國數(shù)值模式預(yù)報(bào)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(bào)業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，我國躋身少數(shù)能夠發(fā)布中期數(shù)值預(yù)報(bào)的國家，氣象數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)收集和分發(fā)，數(shù)據(jù)從觀測(cè)站到達(dá)預(yù)報(bào)員眼前的時(shí)間，從1小時(shí)以上縮短到了10分鐘以內(nèi)。后來，陣列機(jī)在氣象部門全面鋪開，在超級(jí)計(jì)算機(jī)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(bào)系統(tǒng)（GRAPES），走過了從啟動(dòng)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(bào)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(bào)的核心力量。與此同時(shí)，數(shù)值預(yù)報(bào)賴以運(yùn)行的高性能計(jì)算資源大幅改善，國產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)在其中逐漸成為主角。

隨著我國計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)，設(shè)有眾核小規(guī)模試驗(yàn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)“派-曙光”啟動(dòng)了業(yè)務(wù)化應(yīng)用。新系統(tǒng)計(jì)算能力達(dá)到每秒8189.5萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算。在引進(jìn)“派-曙光”國產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)后，中國氣象局高性能計(jì)算機(jī)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?yàn)楦咝阅苡?jì)算機(jī)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(jì)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(bào)以及各種個(gè)性化的氣象服務(wù)。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。