NOAA 强大的新型天气预报超级计算机现已上线

本周，美国国家海洋和大气管理局宣布，用于改进天气预报和建模的新型超级计算机现已上线。

这两台超级计算机分别以所在地的本土植物命名为“Dogwood”和“Cactus”，是惠普企业的 Cray 超级计算机。

“我们在这些超级计算机上运行的这些数值模型实际上为我们这里的各种利益相关者（例如公众、水资源管理人员、飓风应急管理人员）使用的预测提供了基础，”NOAA 环境建模中心主任 Brian Gross 说。“计算能力和我们的建模能力之间存在直接联系。”

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Dogwood 和 Cactus 的速度均为每秒 12.1 千万亿次浮点运算，这意味着它们每秒可以执行约 12 千万亿次计算。这比 NOAA 之前的系统快三倍，之前的系统容量约为每秒 4.2 千万亿次浮点运算。存储容量也增加了一倍，达到约 26 千万亿字节。

“在普通笔记本电脑上，可能有一个四核处理器。在这些超级计算机上，我们的系统上有大约 327,680 个核心，”国家气象局（NOAA 下属机构）中央处理办公室主任 David Michaud 说道。

升级版天气和气候运行超级计算系统的计划于 2020 年首次公布。当时，NOAA 表示将更换其位于弗吉尼亚州雷斯顿和佛罗里达州奥兰多的现有系统，并将合同授予通用动力信息技术公司，以提供升级版超级计算产品和服务。这套新超级计算机（一台主机和一台备用机）位于弗吉尼亚州马纳萨斯和亚利桑那州菲尼克斯。与通用动力公司的合同为期 10 年，最高价值为 5.052 亿美元。

在接下来的几年里，NOAA 希望与 Dogwood 和 Cactus 一起解决一系列渐进式任务。

“我们要做的第一件事就是确保之前系统上运行的所有东西都能在新系统上继续运行，”格罗斯说。“由于容量的增强，我们计划在未来几年升级许多主要的建模系统。”

首先是全新改进的飓风预测系统，称为飓风分析和预报系统，他们希望在 2023 年夏季的下一个飓风季节投入运行。然后，他们将改进全球预测系统，该系统可以预测未来 30 天左右的天气状况，以及用于预报恶劣天气的区域系统。

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利用这些计算能力的提升，NOAA 科学家可以做四件主要的事情。他们可以运行更高分辨率的模型来观察大气中较小规模的特征，例如雷暴。他们可以更好地捕捉大气、海洋、陆地或海冰中正在发生的物理过程。“想想云是如何形成的，它们是否会降水，以及降水将以何种形式出现。这些都是我们在模型中尝试和改进的东西，”格罗斯说。

更先进的计算机还将帮助 NOAA 预报员运行称为集合的模型，该模型采用不同的初始天气条件来预测未来一段时间（例如明天或下周四）的一系列天气可能性。

最后，更强大的计算能力意味着 NOAA 可以构建更好的数据同化系统，这意味着它可以考虑从新卫星到帆船无人机等大量来源输入的数据。“卫星可用于直接观察海面温度或大气温度分布等。我们还可以从卫星信号在大气中传播时弯曲的方式中提取信息。我们可以将大量信息纳入我们的模型以形成我们的初始条件，”格罗斯说。“我们在较长时间内整合的数据越多，我们的初始条件就越好，预测就越准确。”

除了向公众提供预报外，NOAA 还将通过各种云提供商（微软、谷歌、亚马逊网络服务等）和开放数据程序向研究人员提供一些数据源和模型。

“这是一种有趣的方式，可以针对不同的目的获取不同的数据视图，而不仅仅是直接进行预测，”Michaud 说。“一个例子是在 AWS 上，我们拥有从 20 世纪 90 年代到实时的所有雷达体积扫描数据……当我们获得雷达数据时，人们用它来研究鸟类迁徙。除非你让这些数据公开且可访问，否则你永远不会真正知道该特定数据集的局限性或潜力。”