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一公里内精准预报可期 天气这样被"算计"了
2020-03-20 10:02:50    来源:科技日报    作者:付丽丽

   前不久,英国政府宣布拨款12亿英镑(约合102亿人民币),用于研发新一代超级计算机,以便在2022年获得全球性能最强的天气预报超算。

  提到超算,人们自然而然会联想到它被用于航天、勘探、生命科学等“高大上”的领域。然而,鲜为人知的是,看似与超算风马牛不相及的天气预报,也是超算应用最广泛的领域之一。

  在资料收集和数值预报中超算是强助攻

  “在观测资料的收集和分析,以及数值天气预报这两个天气预报的关键环节中,超算扮演着至关重要的角色。”中国气象局数值预报中心高级工程师管成功说。

  具体来讲,首先,大气观测数据来源于地基、空基观测。地基观测主要包括常规气象观测台站进行的气温、气压、湿度、风等的观测,以及运用雷达获得雷达回波信息。空基观测则主要是利用极轨卫星和静止卫星获取卫星辐射率信息。将纷繁复杂的观测资料梳理得井然有序,再与常规数据进行组合,调整为最接近真实情况的大气状态,这都需要超级计算机提供大力支持。

  “其次,在获得地球大气观测数据后,气象部门将根据大气当前状态与周边环境,求取未来等间隔时间点的天气要素值,从而获得未来天气状态。”管成功说。

  以人们比较关注的台风为例,通俗地讲,就是把大气和台风运动,用一组大气运动方程组描述出来,气压、风、温度、湿度等数据是方程组的已知条件,天气系统的变化(包括台风运动、强度的变化等)是方程的未知数,计算这个庞大的方程组单靠人力很难完成。

  在这个过程中,需要对地球表面的大气进行立体网格化处理。网格越细,预报的精度越好。

  “就我国自主研发的GRAPES数值天气预报模式来讲,目前中国大地上均匀分布有近400万个格点需要进行数值计算。没有超级计算机,这些工作根本无法在有限的时间内顺利完成。”中国气象局数值预报中心副主任沈学顺补充说。

  我国气象事业从手工画图到智能化预报

  气象事业发展之初,制作天气预报以天气图为主要工具,需要填图员把数以万计乃至数十万计的数据、符号一个个填在天气图上,再由预报员进行手工分析。这种预报结论有很强的主观性,预报精准度和时效受到了极大限制。

  数值天气预报的出现,很快成为预报员们做出更为客观准确的天气预报的重要参考。随着数值预报技术和高性能计算机的发展,我国的现代化数值天气预报业务于上世纪80年代正式开展。

  “从最初的水平分辨率300公里到现在水平分辨率3公里的数值预报系统,离不开高性能计算机的一路相随。目前我国自主研发的数值天气预报系统——GRAPES系列预报系统已在“派-曙光”上日夜兼程地运转。使我国天气预报水平赢得了更多的赞誉。”谈及这些,管成功颇为自豪。

  还是以台风为例,正是有了超级计算机、风云卫星等高科技手段的支撑,近年来,我国台风路径预报24小时误差稳定在70公里左右,各时效预报全面超过美国和日本,达国际领先水平。同样,降水、雷电、雾-霾、沙尘等预报预测准确率也整体得到提升。

  “一公里内”精准预报未来可期

  准备旅游,未出门就收到目的地的天气预报;要滑雪,可随时了解风向、积雪深度等各种天气指数;骑上共享单车,从APP里就能轻松获知沿途天气情况……相信很多人都对这种精准的气象服务充满期待。

  “这种期待都会变为现实,未来天气预报只会更懂你。”沈学顺说,随着数值天气预报和高性能计算的协同发展,区域范围内的数值预报精度将会进一步提高,“未来全球预报的模式分辨率将达到3—5公里、区域或局地预报的模式分辨率将达到100—1000米。”

  这意味着,未来无论你身在城市的哪个角落,你所获取的天气预报都会是你周围一公里甚至是更小范围内的天气情况。“届时,天气预报将会为社会经济发展和人民生命安全提供更强有力的保障。”对此,沈学顺充满信心。

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