一、什么是天气预报超级计算机？
对于关心天气预报的人们来说，这是一个前所未有的消息中国人终于拥有了国产超算、国产模型、国产数据“三合一”的国产高性能气象计算机系统。不久前，这款名为“排曙光”的重要民族乐器通过业务验收，正式“上岗”。
对于很多年轻的手机爱好者来说，购买手机首先考虑的就是它的硬件配置希望它有更强的处理器、玩流畅、存储空间大、兼容市面上大部分应用程序、使用时节省电量。最好不要发烧。
对于世界各大气象机构来说，他们对高性能计算机的需求与这些爱好者对手机的需求非常相似。——拥有更先进的架构、更强的计算能力、更大的存储容量、更加绿色节能，能够有效支持海量数据的处理和多种模型的运行，帮助气象部门科研、生产和发布天气预报更准确更快。
当然，和手机一样，高性能电脑也有自己的“使用寿命”，大概是6到8年。正因为如此，世界各大气象机构升级高性能计算机的新闻频频出现在报纸上。如今，我国的天气预报“大脑”也迎来了更新。上一次是4年前，当时是“进口产品”推出。
天气预报需要有多“硬核”？
高性能计算机系统，又称——超级计算机，或超级计算机。自2013年以来，它一直在全最强大的超级计算机中排名第一。国产超级计算机在硬件和应用方面的优越性能已广为人知。
但很多人并不了解，每天服务于人们生产生活的天气预报对超级计算的需求有多么迫切和严格。
中国科学院院士、中国科学院大气物理研究所研究员曾庆存表示，预测未来一个月、一年甚至几十年的气候，关系到国民经济的方方面面。夏季洪水、冬季雾霾、农业规划、能源布局等建设，在全变暖的背景下，气候预测变得越来越重要。但预测天气和气候是世界上最复杂的题之一。
古人通过看云来了解天空天上有云，地上有雨。这是根据个人经验过去的天气预报——。到了20世纪，人们发明并应用了气象仪器来测量大气状况，气象学开始进入“科学时代”。曾庆存说，特别是无线电的应用，可以将各地的气象观测数据及时收集到一个中心，绘制成“天气图”，但天气图仍然严重依赖预报员的主观判断。
从20世纪50年代开始，数值模型预测方法取得了成功。然而，60年来，天气预报的时空精度要求越来越高。数值模型已经从一个简单的正向方程发展成为世界上最复杂的软件项目之一。海量数据和数百万代码总是可以轻松占用计算设备的所有可用资源。
中国气象局提出的最新“计算”要求是高性能计算系统的峰值计算速度应不低于每秒8000万亿次运算，每个CPU核心的内存容量应至少为6GB，在线存储容量大于12-6PB，全系统可用性超过99等。
当时，国产超级计算机正在蓬勃发展，并已连续登上世界最强超级计算机排行榜的榜首。这款国产高性能计算机系统大放异，性能超预期——
峰值计算速度达到每秒8189-5万亿次运算，约为中国气象局此前使用的进口高性能计算机系统的8倍；内存总容量达到690432GB；在线存储物理容量23088TB；全系统可用性超过99，等等，一切都符合预期，无一例外。
据“拍曙光”相关负责人介绍，在系统架构上，它有两套相互备份的子系统，计算资源相对独立，存储资源共享。“这样，即使一套出现故障，另一套也会提供同样的支持，气象服务的可靠性将大大提高。”
如何打造气象“最强大脑”
该负责人还提到，为了支持气象新领域的研究，适应未来高性能计算机系统的发展，科研人员还专门在这套高性能计算系统中配置了小型测试子系统，以支持相关的研发和测试。希望这能为未来天气和气候模型在异构上的移植提供实验环境。
“这不是国产超算第一次助力气象业务运行，也绝不会是最后一次。气象强国和国产超算的未来值得期待。”该负责人表示。
当然，为了利用这种高性能计算机系统强大的计算能力，有一个无法回避的题如何合理分配资源，不让它们“打架”，造成计算资源的浪费，这也是一所大学的课题。题。
在这个高性能的计算机系统上，运行着众多的气象业务系统。它就像一个巨大的生产车间，每个节点都相当于一个工人，在车间里一起工作。这个车间的调度员需要一个高效的指挥工具，这样他才能站在全局的高度，指挥每个“工人”分工合作，实现最高的生产效率。
一款名为“Gridview”的作业调度软件是这个高性能计算机系统的“命令工具”，提供调度策略和业务流程监控。
截至目前，我国“风云”系列国产气象卫星的数据已全面应用于这套国产高性能计算机系统支撑的业务和科研业务。
据曾庆存介绍，目前全“三天天气预报”的准确率已达到70%至80%。如果是某个地区，比如我国南方的“3天天气预报”，准确率可以高于80%。与此同时，天气预报的时效也从早期的13天提高到57天。
在2018年9月至11月的短暂试运行期间，这套国产高性能计算机系统负责了冬奥会气象模型的运行、全国水平分辨率200m风能资源图的制作、全大气数据的开发等工作。再分析产品等，包括多项业务和科学研究职责。
其中，在2018年“玛丽亚”、“安比”、“山竹”等台风预报中，这套国产设备在全国天气预报会诊中发挥了“不可替代的作用”。
“现在，我们已经能够牢牢掌握台风信息了。”曾庆存说，近年来，不少台风24小时预报登陆点与实际登陆点相差50公里左右。——个台风的半径为1000公里。从相对值来看，50公里已经是一个很小的误差范围了。
二、京津冀地区为何下这么大雨？
首先是各个通道内的水汽状况。这次降雨，除了今年副热带高压外围的偏南暖湿气流外，还有今年第5号台风“杜苏里”余环流的体水汽。台风卡努从东南方向输送的水汽聚集在华北地区，为特大暴雨的发生提供了很强的水汽条件。
其次，从环流形势看，台风“杜苏里”余环流北移时，副热带高压与大陆高压打开，形成高压坝并长期维持，阻挡了“杜苏里”环流的前进路线来自东侧和北侧。导致“杜苏里”环流主体的水汽和西南、东南方向的水汽不断聚集，就像一座不断蓄水的“大坝”。
最后，还有地形的影响。华北地区大量水汽聚集，在低空东南风的影响下，在太行山前部上升并引发降雨，导致更多积在“坝”里的水洒在前方。太行山。因此，位于太行山东侧的邢台、石家庄东部至保定及北京房山、门头沟地区成为受本次降水过程影响的核心区域。
此外，在降雨最关键时期，京津冀山区局部形成“列车效应”。此次强降雨持续时间较长，影响较大。胡晓解释说，所谓“火车效应”是一系列对流云相继影响同一个地方，就像火车的不同车厢依次经过同一条轨道，导致强降雨在一段时间内保持离线状态。很久。
此次极端降水过程中，台风“杜苏里”余环流北移是重要原因之一。历史上，北京曾多次受到台风及其低压减弱的影响，造成强降雨。例如，2017年第10号台风“海棠”和2018年第10号台风“安比”都给北京带来了100毫米以上的最大降雨量。此前，1956年第12号台风“文黛”曾造成最大降雨量。降雨量超过400毫米
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