论文部分内容阅读
从中国气象局数值预报的发展进程来看，高性能计算机系统是数值预报系统基础平台，每一次数值预报水平和能力的提升都有与之匹配的高性能计算机系统的支撑。
用数值计算的方法来制作预报是今后气象预报业务发展的主流方向，也是现代化气象预报业务的基础。数值预报的发展与计算机性能的提高有着密切联系，为了提高预报的准确性，要求数值预报模式具有较高的分辨率、较细的物理过程以及预报时效等，而这些都依赖于计算机技术的发展。
计算机是现代气象预报业务的主要工具，高性能计算机则是数值预报业务最重要的基础支撑平台。
数值预报发展迅猛
1982年2月16日，我国第一个数值预报业务系统—短期数值天气预报业务系统(简称B模式)在中型计算机上建立并正式投入业务应用，结束了我国只使用国外数值预报产品的历史。1991年6月15日，我国第一个中期数值预报业务系统(简称T42)在CYBER大型计算机上建立并正式投入业务运行。这一系统的建成使我国步入了世界少数几个开展中期数值天气预报的先进国家行列。
近些年数值预报又有了大幅进展，2005年12月14日，首次建立起我国自主研发的、具有国际先进技术水平的GRAPES全球同化与中期数值预报系统，它将成为我国新一代的中期数值预报业务系统升级的基础，为改进我国国家级的指导预报水平和增强对国家安全需要的全球预报服务能力提供技术支持。
在气候模式系统方面，我国也建立起了由大气环流模式、海洋环流模式及其耦合的海气耦合模式、区域气候模式组成的气候动力模式系统，已经成为制作季节和年度气候预测的重要工具。中国气象局数值预报业务离不开高性能计算机系统的支持。
1991年6月，在CYBER大型计算机上建立了我国第一个中期数值预报业务系统(简称T42)；
1996年5月，在Cray-C92系统上建立了区域台风路径预报系统；
1998年，在Cray-C92系统上建立了核污染扩散传输模式系统；
1998年6月，在IBM SP2系统上建立了北京地区中尺度模式系统；
2007年8月和2004年9月，在神威I系统上分别建立了华北地区中尺度模式系统(HB-MM5)和NMC中尺度模式系统；
1999年，在Cray-C92系统上建立了森林火险气象条件预报(模型)；2004年9月，在IBM SP系统上建立了森林火險气象等级预报系统；
2000年3月，在神威I系统上建立中期集合预报系统T106L19/32成员；
2001年6月，在神威I系统上分别建立了城市空气质量预报系统；
2002年9月1日，在IBM SP系统上建立了全球T213L31全球中期分析预报系统(简称T213)；
2004年6月，在IBM SP系统上建立了紫外线等级预报系统及全球台风路径预报系统；
2005年，在IBM高性能计算机系统上建立了海浪数值预报系统；
2005年12月，在IBM高性能计算机系统上建立了短期气候预测业务系统；
2006年4月，在IBM高性能计算机系统上建立了Grapes_Meso模式系统。
气象服务走向深入
目前，中国气象局高性能计算机有以神威Ⅰ系统、神威新世纪集群系统、IBM SP系统、IBM高性能计算机等为代表的一批国内一流的高性能计算资源，总峰值能力达23TFLOPS以上。神威I系统在建设后，主要承担MM5、集合预报、空气污染、台风路径等气象业务模式，目前只承担北京高性能计算机应用中心的任务，拥有中科院软件所、中科院计算所、中科院金属所、总装29基地、上海药物所、医科院药物所、北方计算中心、中国石化集团等60多个用户。
IBM大SP系统是上一代数值预报系统的业务用机，主要承担T213、HLAFS等数值天气预报业务模式，目前承担的是天气、气候的科研任务。IBM小SP系统则运行气候资料数据库和科研等业务工作，随着业务模式移植到新的计算机系统上，整个系统的利用率逐渐下降。
神威新世纪32P、32I系统分别承担的是青海、武汉MM5的业务模式，以及IPCC任务、CAM、REGCM等科研模式。其系统利用率整体情况比较平稳，由于承担了IPCC气候变化预估任务的作业，对磁盘的需求很大，磁盘空间比较紧张，使用率超过80%。
IBM高性能计算机系统是目前主要的天气气候业务科研模式的重要基础平台。系统共有446个用户，系统磁盘和CPU使用率都比较高，CPU利用率今年平均为48.68%，磁盘利用率超过70%，承担的应用有：
业务模式系统，包括数值天气预报业务系统和短期气候预测业务系统。数值天气预报业务系统主要包括：常规观测资料处理、全球数值预报T213模式、中尺度天气数值预报系统MM5、台风路径预报系统、区域数值预报GRAPES模式、亚洲沙尘暴业务系统、环境拓展模式预报。短期气候预测业务系统包括：海洋资料同化、月动力延伸集合预报、海气耦合模式季节预测。
准业务及重点科研项目，包括T639和T213全球集合预报、WRF区域集合预报、T213台风集合预报、人影指导预报、海浪预报系统、精细指导数值模式和专业服务模式，IPCC未来气候变化评估，沙尘暴、紫外线等大气成分数值准业务模式。
科研模式，包括风能资源评估方法试验、CCM3、Regcm3、GRAPES等科研模式。
在现有使用的高性能计算机系统中，IBM高性能计算机系统的用户数和资源使用率最高，而神威I系统由于所有的业务已经移植到新系统，CPU利用率下降最快，维持在3%以下。
从中国气象局数值预报的发展进程来看，高性能计算机系统是数值预报系统基础平台，每一次数值预报水平和能力的提升都有与之匹配的高性能计算机系统的支撑。
运行速度将大幅提升
气象应用一直是高性能计算机使用的一个重要领域。在2007年6月发布的全球TOP500高性能计算机排行榜中有19台是主要应用于大气科学和气象预报。而国内的银河、曙光、神威等高性能计算机系统对于气象应用也有很好的支持。
未来高性能计算机的运行速度将快速发展。在2010年前，美国计划研发三台千万亿次浮点运算/秒的高性能计算机系统，分别是IBM PERCS(2008年)、Sun Hero(2008年)和Cray Cascade(2010年)，它们将应用于天气业务和海洋业务预报。欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和英国国家大气研究中心(NCAR)等国外气象部门在2007~2008年左右，都计划引进规模在100TFLOPS的计算机系统，以支持对气候变化和地球的科学研究。
中国气象局高性能计算机系统引进情况表
用数值计算的方法来制作预报是今后气象预报业务发展的主流方向，也是现代化气象预报业务的基础。数值预报的发展与计算机性能的提高有着密切联系，为了提高预报的准确性，要求数值预报模式具有较高的分辨率、较细的物理过程以及预报时效等，而这些都依赖于计算机技术的发展。
计算机是现代气象预报业务的主要工具，高性能计算机则是数值预报业务最重要的基础支撑平台。
数值预报发展迅猛
1982年2月16日，我国第一个数值预报业务系统—短期数值天气预报业务系统(简称B模式)在中型计算机上建立并正式投入业务应用，结束了我国只使用国外数值预报产品的历史。1991年6月15日，我国第一个中期数值预报业务系统(简称T42)在CYBER大型计算机上建立并正式投入业务运行。这一系统的建成使我国步入了世界少数几个开展中期数值天气预报的先进国家行列。
近些年数值预报又有了大幅进展，2005年12月14日，首次建立起我国自主研发的、具有国际先进技术水平的GRAPES全球同化与中期数值预报系统，它将成为我国新一代的中期数值预报业务系统升级的基础，为改进我国国家级的指导预报水平和增强对国家安全需要的全球预报服务能力提供技术支持。
在气候模式系统方面，我国也建立起了由大气环流模式、海洋环流模式及其耦合的海气耦合模式、区域气候模式组成的气候动力模式系统，已经成为制作季节和年度气候预测的重要工具。中国气象局数值预报业务离不开高性能计算机系统的支持。
1991年6月，在CYBER大型计算机上建立了我国第一个中期数值预报业务系统(简称T42)；
1996年5月，在Cray-C92系统上建立了区域台风路径预报系统；
1998年，在Cray-C92系统上建立了核污染扩散传输模式系统；
1998年6月，在IBM SP2系统上建立了北京地区中尺度模式系统；
2007年8月和2004年9月，在神威I系统上分别建立了华北地区中尺度模式系统(HB-MM5)和NMC中尺度模式系统；
1999年，在Cray-C92系统上建立了森林火险气象条件预报(模型)；2004年9月，在IBM SP系统上建立了森林火險气象等级预报系统；
2000年3月，在神威I系统上建立中期集合预报系统T106L19/32成员；
2001年6月，在神威I系统上分别建立了城市空气质量预报系统；
2002年9月1日，在IBM SP系统上建立了全球T213L31全球中期分析预报系统(简称T213)；
2004年6月，在IBM SP系统上建立了紫外线等级预报系统及全球台风路径预报系统；
2005年，在IBM高性能计算机系统上建立了海浪数值预报系统；
2005年12月，在IBM高性能计算机系统上建立了短期气候预测业务系统；
2006年4月，在IBM高性能计算机系统上建立了Grapes_Meso模式系统。
气象服务走向深入
目前，中国气象局高性能计算机有以神威Ⅰ系统、神威新世纪集群系统、IBM SP系统、IBM高性能计算机等为代表的一批国内一流的高性能计算资源，总峰值能力达23TFLOPS以上。神威I系统在建设后，主要承担MM5、集合预报、空气污染、台风路径等气象业务模式，目前只承担北京高性能计算机应用中心的任务，拥有中科院软件所、中科院计算所、中科院金属所、总装29基地、上海药物所、医科院药物所、北方计算中心、中国石化集团等60多个用户。
IBM大SP系统是上一代数值预报系统的业务用机，主要承担T213、HLAFS等数值天气预报业务模式，目前承担的是天气、气候的科研任务。IBM小SP系统则运行气候资料数据库和科研等业务工作，随着业务模式移植到新的计算机系统上，整个系统的利用率逐渐下降。
神威新世纪32P、32I系统分别承担的是青海、武汉MM5的业务模式，以及IPCC任务、CAM、REGCM等科研模式。其系统利用率整体情况比较平稳，由于承担了IPCC气候变化预估任务的作业，对磁盘的需求很大，磁盘空间比较紧张，使用率超过80%。
IBM高性能计算机系统是目前主要的天气气候业务科研模式的重要基础平台。系统共有446个用户，系统磁盘和CPU使用率都比较高，CPU利用率今年平均为48.68%，磁盘利用率超过70%，承担的应用有：
业务模式系统，包括数值天气预报业务系统和短期气候预测业务系统。数值天气预报业务系统主要包括：常规观测资料处理、全球数值预报T213模式、中尺度天气数值预报系统MM5、台风路径预报系统、区域数值预报GRAPES模式、亚洲沙尘暴业务系统、环境拓展模式预报。短期气候预测业务系统包括：海洋资料同化、月动力延伸集合预报、海气耦合模式季节预测。
准业务及重点科研项目，包括T639和T213全球集合预报、WRF区域集合预报、T213台风集合预报、人影指导预报、海浪预报系统、精细指导数值模式和专业服务模式，IPCC未来气候变化评估，沙尘暴、紫外线等大气成分数值准业务模式。
科研模式，包括风能资源评估方法试验、CCM3、Regcm3、GRAPES等科研模式。
在现有使用的高性能计算机系统中，IBM高性能计算机系统的用户数和资源使用率最高，而神威I系统由于所有的业务已经移植到新系统，CPU利用率下降最快，维持在3%以下。
从中国气象局数值预报的发展进程来看，高性能计算机系统是数值预报系统基础平台，每一次数值预报水平和能力的提升都有与之匹配的高性能计算机系统的支撑。
运行速度将大幅提升
气象应用一直是高性能计算机使用的一个重要领域。在2007年6月发布的全球TOP500高性能计算机排行榜中有19台是主要应用于大气科学和气象预报。而国内的银河、曙光、神威等高性能计算机系统对于气象应用也有很好的支持。
未来高性能计算机的运行速度将快速发展。在2010年前，美国计划研发三台千万亿次浮点运算/秒的高性能计算机系统，分别是IBM PERCS(2008年)、Sun Hero(2008年)和Cray Cascade(2010年)，它们将应用于天气业务和海洋业务预报。欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和英国国家大气研究中心(NCAR)等国外气象部门在2007~2008年左右，都计划引进规模在100TFLOPS的计算机系统，以支持对气候变化和地球的科学研究。
中国气象局高性能计算机系统引进情况表