广东省汛期气象服务精细到镇街
3月30日，广东正式入汛，较常年提前7天。大范围暴雨和雷雨大风、冰雹等灾害性天气过程给汛期气象服务带来了极大的挑战。
目前，广东汛期气象服务已精细到镇街，老百姓可以根据需要，采用手机软件、上网查询等方式，获取每个镇甚至每条街的预报。预报提前量与精细化能力的提升，在很大程度上得益于广东天气预报计算能力的提升。2012年，作为省部合作共建气象现代化试点省的重要项目，广东正式启动区域数值天气预报重点实验室。借助超级计算机以及云计算的强大计算能力，该实验室已突破精细化数值预报技术瓶颈，初步实现了数值预报水平分辨率从6公里提高到3公里，预报时间间隔从3小时提高到1小时，为广东汛期更快更准地进行气象灾害预报预警立下汗马功劳。
超级计算 “高端魔镜”每秒计算千万亿次
在广东省气象业务大楼2楼的省气象信息中心机房，数排瘦长的黑色机箱闪着灯光，这里面就是每秒超万亿次运算能力的，已经服役超过7年的超级计算机。
超级计算机的运算结果转换成直观的、逐小时演变的图像，传送到省气象台的屏幕。预报员结合气象站的观测资料和数值预报的情况，再根据自身经验判断，最后把结论转换成预报文字。
“数值预报以及对它的解释应用是预报员作出判断的重要参考。它是根据历史以及实况的观测数据、地形等资料，再结合流体力学、热力学等规律形成的方程组得出来的。由于数据庞大而且实时更新，对计算机处理能力要求很高。” 广东省气象台台长曾沁说。
数值预报还打破了以往按行政区域进行预报的思维，取而代之的是将区域划分成相等的网格，网格分得越细，计算的要求越高。曾沁说：“平常的个人电脑四核、八核已经算高端，而省气象局原来的万亿次计算机，就有176个1.5GHz Power5处理器，但这仅能计算最低端的36公里水平分辨率的预报。”曾沁坦言，超级计算机的应用能力是一个地区科学水平的重要表征，但它就像童话故事《白雪公主》里面只给王后使用的高端魔镜，针对小众，门槛很高，只供给需要集中高性能计算求解的科学问题应用。
现在，广东省气象局已将数值预报分辨率提升到3公里，未来还将进一步提升到1.5公里，最大计算能力需求达到1000万亿次。其中，2013年底广东省区域数值预报重点实验室新增的400万亿次计算机将担当主力，而深圳超算中心100万亿次和深圳市气象局的20万亿次计算资源则分别承担3公里和6公里分辨率的预报，如果碰上极端天气的时候，还需要租用广州超级计算中心的机器。各个超级计算机之间均以高速网络进行数据高速传输，使得广东省气象高性能计算资源拼图已达到千万亿次/秒。
云计算 大数据时代计算可“蚂蚁搬家”
与投入大、门槛很高的超级计算相比，天气预报还面对很多数据庞大但相对不复杂的数值预报后处理任务，这时候，更为大众化的云计算就派上大用场。
“云计算就像蚂蚁搬家，单独的运算能力虽然远远比不上超级计算机，但机多力量大，分散处理效率高。”曾沁举例说，数值预报出来后，对气象服务中的山洪地质灾害风险、道路湿滑、航运能见度等会有什么影响，这就是由云计算来分门别类处理的。
具体来说，一个庞大的计算处理任务通过网络自动拆分成大量小的子程序，交由多个计算机处理，通过计算分析并汇总后，将结果再次通过网络传回给用户。曾沁表示，几秒间，就完成了数以亿计的信息处理，随后释放归还计算资源，“不带走一片云彩”。
在省气象局超级计算机房的对面，另一排看起来与超级计算机相似的机组也在运行。不过里面的计算机更像普通电脑，上百台机器通过各种线路连接在一起。这就是用于云计算的计算机。在气象信息中心监控室，针对公路、航运、雷击等预报信息都可以实时分类查看，这些都是云计算的成果。
气象部门是典型的“大数据”部门，特别是汛期气象服务需要运算的数据量更大。高分辨数值预报模式、卫星监测和全天候每隔6分钟一次立体扫描的雷达探测等每天带来TB量级的数据，这就需要把数据有组织地分割好，交由大量联网的计算机去处理，汇总分析出其中有价值的天气灾害预警信息。
另外，广东省气象部门有很多针对特定灾害天气研发的专业预报系统，如台风、暴雨和强对流预报系统等。原来的各台计算机各有侧重，分属不同部门，当出现特定的极端天气时，有的机器就处于满负荷状态，但大多数机器处于低利用率状态，计算机资源利用并不合理。
“云计算后，由多台性能不错的服务器虚拟而成的十多台，甚至几十、上百台虚拟计算机根据实际需要弹性地提供服务，既节省成本，又节约资源。”曾沁说。
需求倒逼 广东加快气象现代化建设
事实上，计算能力一直是制约我国精细化数值预报的瓶颈。广东在这方面不断追赶发达地区，不仅有科技实力提升的带动，另外也因为气候变化与精细化预报需求的倒逼。
近年来，在大气污染、生态退化及全球气候变暖等因素的叠加作用下，广东气温显著升高，强降雨频率上升，雷电威胁增大，台风影响频次增加，各种极端天气气候事件及其衍生灾害连年不断。
而城市化迅猛发展，人口的密集又对气象灾害防御提出了更加精细化的需求，汛期气象服务更是成为各行各业关注的焦点，人们希望气象部门能够准确预报出“东边日出西边雨”。
“气候变化给数值预报带来的挑战，一方面是预测的规律在弱化，如数值预报模式中物理参数化的一些经验公式，现在因为情况复杂化，需要不断进行调整。”广东省区域数值天气预报重点实验室副主任陈子通说，另一方面，气候变化使中小尺度的灾害天气多发，预报精细化需求更大。数值预报以前只是显示一个市、一个区的平均降雨情况，现在却需要考虑公里级对流尺度的天气系统，处理的数据量要庞大得多。
广东的数值预报模式精确到公里级以后，对下垫面的复杂地形、建筑物影响等也需更细致考虑，例如复杂地形引起的湍流，建筑物对光照的反射作用等，这也使运算量大大增加。
“再下一步，就是把分辨率提升到1.5公里，力争达到欧美数值预报的水平。”陈子通说。根据广东建设气象现代化试点省的要求，到2015年，要力争台风24小时路径预报偏差100公里，强对流天气预报准确率80%，灰霾天气预报准确率90%；当中的重要支撑区域数值天气预报，5年内要达到国际先进、亚洲一流水平，同时还要向泛珠三角、东南亚国家和地区提供服务援助、输出技术和产品。
