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“人算”胜似“天算” (1)

发布时间:2006.03.22 15:53     来源:赛迪网-中国计算机用户    作者:石菲

【赛迪网讯】从古时候的祭祀求雨,根据节气变化预测天气,到现代的利用高性能计算机辅助预测天气变化。计算机的性能在慢慢提高,天气预报的准确率也在一步一步提升。

气象自动观测设备

自古以来,中国是一个以农业文明为主的国家,天气情况与人们的生活密切相关。从古时候的祭祀求雨,根据节气变化预测天气,到现代的利用高性能计算机辅助预测天气变化。

“十一五”期间,我国将初步建立气象综合观测系统,基本形成面向行业和全社会的气象信息共享平台,大幅提高天气预报的准确率。因为天气预报属于诊断预测科学。对天气情况进行诊断预测,其准确性随着科技和认识的发展,呈逐步精确的趋势,准确率不断提高,但永远也不可能完全准确。计算的准确率虽然不能达到百分之百精确,也正在一步一步提升。

自动观测取代人工

内蒙古阿尔山市气象局前身是内蒙古阿尔山气象站,始建于1952年6月1日,位于兴安盟科右前旗阿尔山镇(东经119度59分,北纬47度10分),是国家基本观测站,建站后始终担负着每天8次定时地面观测发报任务。

早晨七点,内蒙古阿尔山市下起了大雪。阿尔山市气象局测报员小杜一边查看计算机数据,一边不断地望着表。7:40,他披上军大衣,走出办公室。外面飘着大片大片的雪花,地面也积了很厚的雪。小杜没有带手套,因为戴手套工作起来不方便。先是查看地表湿度,然后是地表温度。记录下百叶箱里的气象数据后,他开始换取里面的温度试纸,小心翼翼的,换了几次都没有成功。

阿尔山市气温南北温差大,冬夏寒暑悬殊。年平均温度为零下3.1℃,最冷月平均气温零下25.6℃。最冷的时候,换温度试纸需要十分钟,又不能戴手套。冬天的时候雪下的很大,有时候能齐腰高,总是要“游”才能到站点。

回到办公室,小杜连手都没烤就立刻把数据输入计算机,敲键盘的手抖动着,努力地一点点按着键盘。手被冻得很疼,气象数据又必须准点送出,只好用笔一个字母一个字母的敲。

新中国成立后,地面气象观测得到飞速发展,无论在台站网建设,观测技术的统一,仪器设备及观测质量的提高上,都取得了显著的成绩。由于现代技术的采用,一些观测站的地面气象观测将逐步由遥测自动观测代替人工观测,观测人员可用手持终端设备定时采集数据并直接发送给计算机。这不仅减少了对记录的人为影响,而且增加了观测次数并大大地提高了观测时效和质量。

人工观测需要测报员一个站点一个站点去看,去跑。不仅费时费力,还不如自动观测的时间灵活。自动观测可以设定每间隔多长时间自动观测一次,甚至可以每隔半个小时或者十分钟就观测一次。

计算机系统的建立和发展

3月23日是世界气象日,2006年世界气象日的主题是“预防和减轻自然灾害”。

国家气象中心承担着全国范围的天气预报、数值天气预报、气候资料加工处理和国内、国际气象通信等重要业务,这些业务的开展都和计算机有着密切的关系。

1970年10月,国家气象中心气候资料室安装了2台DJS-C2晶体管计算机(即111计算机),111计算机运算速度是每秒钟2万次。1973年9月,又安装了DJS-8计算机(即320计算机),320计算机由晶体管分立元件组成,采用磁心存储器,内存384KB,运算速度提高到每秒钟30万次。1979年对320机内存进行了扩充,使其容量增加了一倍,达到768KB。

这三台计算机担负了国家气象中心的高空气象资料处理,中国地面气象年鉴、月报资料出版、全球实时气象资料、地面信息处理等任务。改变了原料气候资料整理中采用电磁式卡片分析计算机仅能进行简单的加减乘除的机械加工处理方法,使气候资料信息化处理能力大大提高。

为了加速气象事业的发展,提高全球气象通信快速收集、交换和处理能力,1973年建设现代化的北京气象通信枢纽工程(BQS系统),1978年4月从日本日立公司引进安装了两台M-160Ⅱ和一台M-170计算机及相关设备。

M-160Ⅱ计算机用于建设国家气象中心计算机通信自动化系统,计算机峰值速度为每秒钟40万次,内存2MB、磁盘1.2G。1980年2月系统正式投入业务运行后,使当时北京气象通信枢纽一跃成为世界天气监视网中技术水平先进的气象通信枢纽之一。

催出来的银河—Ⅱ

我国气象事业的发展,离不开高性能计算机的支持。银河-Ⅰ、银河-Ⅱ、曙光1000、神威-Ⅰ,国产高性能计算机为我国气象事业的发展起到了不可忽视的作用。

1983年11月我国第一台被命名为“银河”的亿次巨型电子计算机,历经5年,在国防科技大学诞生了。它的研制成功,向全世界宣布:中国成了继美、日等国之后,能够独立设计和制造巨型机的国家。

1992年11月19日,由国防科技大学研制的“银河—Ⅱ”10亿次巨型计算机在长沙通过国家鉴定。由银河-Ⅰ到银河—Ⅱ,填补了我国面向大型科学工程计算和大规模数据处理的并行巨型计算机的空白。却很少有人知道,其实银河—Ⅱ的诞生很有戏剧性。

数值预报业务系统的发展在很大程度上依赖于高性能计算机的发展,特别是中期数值预报要求计算的范围大、分辨率高、积分时间长、物理过程参数化描述更加复杂,第二代中期数值预报模式(T63L16和T106L19)只有在巨型计算机上运行才能制作全球10天的预报产品。

当时,国家气象中心面临着从美国引进先进的CRAY-Ⅰ巨型机还是采用国产的银河-Ⅰ计算机的选择。

为了了解银河-Ⅰ的性能,数值预报人员九次赴长沙进行模式计算和机器软、硬件性能测试。测试结果表明:全向量题目银河-Ⅰ的速度是CRAY-Ⅰ的五分之一,经过专家人工改造优化后,速度可以到CRAY-Ⅰ的二分之一,混合性题目,银河-Ⅰ(YH1)的平均速度是CRAY-Ⅰ的十分之一。在银河-Ⅰ上运行T63L16模式需要50个小时才能得到模式运算结果,这种运算速度不能满足实时天气预报的要求。

此后,国家气象中心和国防科技大学计算机研究所进行了一年半的技术谈判,为提高银河机的技术性能,满足中期数值预报要求,国防科技大学决定研制银河-Ⅱ(YH2)计算机系统。1988年3月12日,国家气象中心与国防科技大学签订了购买一个CPU的银河-Ⅱ计算机系统合同。

后来,据银河-Ⅱ研制的情况表明:1个CPU不能满足中期数值天气预报的要求。在各方努力下,1992年4月国家气象中心与国防科技大学补签合同,使一个CPU升级为2个CPU。1993年7月又补签合同,由2个CPU升级为4个CPU,并要求对方完成资料同化系统的移植和开发。国家气象中心也成为了银河—Ⅱ的第一家用户。

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