華為攜手廣東省氣象局 氣象數(shù)值預(yù)報(bào)新模式

“云吃霧有雨，霧吃云好天”，“滿天亂飛云，雨雪下不停”……以前，努力耕作的人們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷天氣趨勢(shì)，并通過(guò)諺語(yǔ)代代流傳。經(jīng)過(guò)時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)如今，天氣預(yù)報(bào)逐漸從一項(xiàng)基于經(jīng)驗(yàn)的推測(cè)和總結(jié)，逐漸演化成利用科技手段，不斷提升預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的高科技產(chǎn)業(yè)。

尤其近年來(lái)，高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的普及，讓天氣預(yù)報(bào)的時(shí)間、地點(diǎn)都變得越來(lái)越精準(zhǔn)。這不僅幫助各地區(qū)打好污染防治、防災(zāi)減災(zāi)攻堅(jiān)戰(zhàn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，還可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)“碳源匯”數(shù)據(jù)，助力“雙碳”目標(biāo)達(dá)成。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展下，廣東省氣象局也持續(xù)積極探索智慧氣象保障城市精細(xì)化管理新模式。在2020年廣東省氣象局便與華為在多個(gè)領(lǐng)域展開(kāi)合作，雙方加快推進(jìn)氣象數(shù)字化智慧化發(fā)展，共同打造創(chuàng)新融合發(fā)展的新業(yè)態(tài)，其中尤其以高性能計(jì)算成果斐然，為廣東省防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)、應(yīng)對(duì)氣候變化、賦能經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起到重要作用。

01

引入數(shù)據(jù)處理提升預(yù)報(bào)能力
傳統(tǒng)IT系統(tǒng)制約發(fā)展

在全球氣候變化的大背景下，我國(guó)也呈現(xiàn)出極端天氣氣候事件增多，暴雨、洪澇、高溫、干旱、低溫等極端性強(qiáng)、區(qū)域階段性明顯，異常情況多發(fā)、頻發(fā)的特點(diǎn)。由于短臨預(yù)報(bào)難度增大，氣象部門也被要求在1KM，500M尺度的區(qū)域預(yù)報(bào)模式上進(jìn)行探索，亟需增強(qiáng)局部、短臨預(yù)報(bào)的能力。

致力研創(chuàng)更精準(zhǔn)的災(zāi)害性天氣預(yù)測(cè)模型，不少地區(qū)氣象局通過(guò)海量歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，來(lái)推算云團(tuán)變化和移動(dòng)規(guī)律。不過(guò)，在數(shù)據(jù)分析方面，氣象數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率極高，數(shù)據(jù)量極大，普通服務(wù)器難以承受如此規(guī)模的數(shù)據(jù)處理和模型訓(xùn)練。而且由于底層IT系統(tǒng)擴(kuò)展能力、處理芯片承載數(shù)據(jù)能力的不足，讓以AI為基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)更是受限于瓶頸之中。

此外，為支持“雙碳目標(biāo)”的落地，以及滿足人民群眾不斷增長(zhǎng)的大氣環(huán)境保護(hù)需求，氣象行業(yè)需要增強(qiáng)在碳源匯、環(huán)境氣象模式等方向的服務(wù)能力。因此，廣東省氣象局還需要研發(fā)灰霾·臭氧·低碳一體化模式技術(shù)，建立灰霾·臭氧·低碳一體化環(huán)境氣象模式分系統(tǒng)，為廣東省環(huán)境氣象預(yù)報(bào)、制定合理的減排政策提供技術(shù)支持。

02

華為提供底層技術(shù)支撐
充分發(fā)揮數(shù)值預(yù)報(bào)模式能力

多年以來(lái)，廣東省氣象局瞄準(zhǔn)氣象科技前沿，研發(fā)了數(shù)值預(yù)報(bào)模式，該931高分辨天氣模式系統(tǒng)不僅為廣東氣象防災(zāi)減災(zāi)提供科技支撐，還為聯(lián)合國(guó)教科文組織、亞太經(jīng)社會(huì)、東盟等國(guó)家和地區(qū)提供服務(wù)。據(jù)第三方評(píng)估顯示，該模式預(yù)報(bào)能力達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。在此基礎(chǔ)上，百米級(jí)分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)、區(qū)域碳源匯評(píng)估模式系統(tǒng)等數(shù)值模式也在蓬勃發(fā)展。

氣象數(shù)值預(yù)報(bào)模式和搭載模式的高性能計(jì)算機(jī)研發(fā)，均考驗(yàn)著一個(gè)地區(qū)的科技水平。為避免數(shù)值預(yù)報(bào)在數(shù)據(jù)處理、硬件承載上出現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)與華為的合作，廣東省氣象局引進(jìn)高性能計(jì)算系統(tǒng)——“鯤鵬”高性能計(jì)算系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于鯤鵬構(gòu)建算力底座，包括近1萬(wàn)個(gè)運(yùn)算核心，峰值計(jì)算速度為近100萬(wàn)億次，可充分發(fā)揮數(shù)值模式在科研和氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的重要支撐作用。

以CMA-TRAMS南海臺(tái)風(fēng)模式為例，測(cè)試人員在“鯤鵬”高性能計(jì)算機(jī)上完成了今年第3號(hào)臺(tái)風(fēng)“暹芭”的個(gè)例測(cè)試。結(jié)果表明“鯤鵬”與其他高性能計(jì)算機(jī)運(yùn)行的模式結(jié)果精度接近，但單個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力提高了1.7倍，模式的運(yùn)行速度更快。

03

持續(xù)推進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)模式研究
攜手共進(jìn)打造合作新樣板

據(jù)悉，今年5月，廣東省氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)啟動(dòng)了全面適配到“鯤鵬”高性能計(jì)算系統(tǒng)上運(yùn)行的計(jì)劃。為保障模式在“鯤鵬”高性能計(jì)算機(jī)上順利移植、穩(wěn)定運(yùn)行，中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所技術(shù)人員聯(lián)合技術(shù)團(tuán)隊(duì)解決了氣象應(yīng)用的編譯、參數(shù)配置、運(yùn)行效率等一系列技術(shù)問(wèn)題。

目前，CMA-TRAMS南海臺(tái)風(fēng)模式、環(huán)境氣象模式、碳源匯模式都移植完畢并先行測(cè)試。廣東省氣象局相關(guān)工作人員表示，“接下來(lái)將依托‘鯤鵬’高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展碳源匯的評(píng)估、環(huán)境氣象預(yù)報(bào)以及臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)，不斷推進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)模式研究工作，堅(jiān)持科技自立自強(qiáng)，更好地服務(wù)于廣東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)需求。”

面向未來(lái)，華為將持續(xù)與廣東省氣象局合作，提供智慧氣象解決方案，包括高性能計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等服務(wù)，助力氣象行業(yè)智慧化升級(jí)轉(zhuǎn)型，讓氣象預(yù)報(bào)算得快、測(cè)得準(zhǔn)、服務(wù)好，聯(lián)合打造氣象工作新樣板。