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中尺度气象对计算能力的三大挑战
中尺度气象是现代气象科学中发展迅速的一个重要分支，它所研究的大气中尺度运动，关系到区域重要灾害性天气的预报。
中尺度数值气象预报模式有许多，其中MM5是目前国内外应用最为广泛的模式，被广泛应用于国内外各气象部门和相关机构。WRF模式是在MM5模式上发展起来的新一代中尺度模式，它將逐渐替换MM5模式。GRAPES模式是中国气象局自主开发的新一代数值预报系统，它是中小尺度与大尺度通用的先进数值预报系统，目前国内很多气象部门已经在对GRAPES进行研究和应用。MM5的最新版本是MM5V3，其研发工作已经停止，继而转向WRF模式。中尺度气象预报模式对高性能计算机提出三大挑战：
计算量巨大
中尺度气象预报模式有着惊人的计算量，同时由于气象预报的特点决定了其极高的实时性，要求模式必须在指定的时间内完成运算。人们对气象预报的精度提出了越来越高的要求，目前预报精度从几百公里、几十公里提高到几公里，而这大幅度提高了模式的计算量。
通讯极为密集
由于模式都是并行软件，一般都采用有限差分格点模式并行计算，所以运行中尺度气象预报模式时，各个CPU之间的通讯量非常惊人，且模式对通讯的性能要求非常高。所以这就要求高性能计算机有高性能的通讯网络。
实时性强、定时运行
气象预报本身的特点决定了其要求很强的实时性，预报系统要求定时定点自动运行，无需人工干预。
从软件的处理流程上看，一般分为前处理、主模式和后处理。前处理包括资料的下载、数据同化等等，后处理主要是指图形化处理等，前/后处理一般对计算机要求不高。中尺度数值气象预报可以有多种架构方法，本文重点说明小规模解决方案和二代小型机解决方案。
小规模解决方案
小规模解决方案主要应用于地市级气象预报部门，完成一个地市48小时以内的短期天气预报，格局一般在12~18公里左右。这个解决方案也可用于小型环保部门或气象科研部分。
系统配置8~16个计算节点，用户可以以较少的投资很好地满足地市级气象部门的预报需求。
整个系统虽然不大，但是包含了气象模式处理的绝大部分系统，在其上能运行绝大部分气象模式，特别适合气象研究和开发部门，同时，配有机群作业调度系统，能轻松保证多个用户同时使用和运行模式。
采用机群的方式构建整个系统，相比于传统的RISC小型机具有极高的性价比。
采用机群的另一好处在于系统具有很好地可扩展性和升级的能力，能很好地保护用户的投资。
由于采用X86体系结构和Linux操作系统，系统具有良好的兼容性和可移植性，运行于PC机上的软件能不用移植而直接在其上运行。
中尺度气象预报模式CPU和CPU之间的通讯极为频繁，它不仅对计算网络的带宽有很高要求，而且对网络延迟的要求更高。作为计算网络的千兆以太网在很大程度上影响了系统的总体性能。由于并行计算的通讯是多对同时通讯的模式，所以要求交换机必须是无阻塞的线速交换机。
二代小型机解决方案
二代小型机是继承了第一代RISC小型机的优点并拓展第一代RISC小型机的应用而发展起来的高性能计算机。在继承了第一代RISC小型机高运算处理性能、高可靠性、高IO性能等优点的条件下，二代小型机相比其前辈具有以下优势：
程序移植性增强
二代小型机基于X86的体系结构，可以轻松完成应用的移植。
扩展性增强
抛弃传统小型机依托的专用系统设计，采用通用标准设计，使得第二代小型机可以轻松跟随服务器产品技术的发展，而不受限于单一硬件厂商发展的制约。
易管理、易维护
第一代RISC小型机采用专用的硬件、软件系统，系统管理员必须经过专业培训。而二代机采用标准化的硬件和Linux操作系统，易于系统的管理和维护。
性价比高
由于第二代小型机在设计时吸收第一代小型机优点的同时，顺应时代的变化，在保证性能的同时使得产品成本大幅下降，目前第二代小型机的价格相当于同类传统小型机产品的30%~50%。
同时，由于采用标准化的软硬件，二代机的价格优势不仅仅体现在设备采购时，设备的维护和运行成本也在大幅降低。
数值气象预报在国内的发展越来越快，使用也越来越普遍，对高性能计算的依赖程度也在不断加强，对高性能计算机的要求也越来越高；但另一方面，相比于其他应用，数值预报有其显著的特点，对高性能计算机系统的要求也有其独特性。
结束语:从天气预报到气象服务
很多人对天气预报不准很愤怒，但不得不承认的事实是，对于大气现象的演变，科技工作者还没有完全掌握。气象科学还是早晨八九点钟的太阳，是一个极其年轻的学科。尽管责备也许会激发人们的斗志，但理解、关爱与呵护更重要。
面对社会公众的宽容与理解，气象工作者是否就可以止步不前呢？其实不然。可以先看看天气预报与气象服务这两个词语的差别。天气预报强调的是气象工作者作为主体，向社会公众发布统一的信息。气象服务则不同，强调的是服务，服务当然要以被服务对象为主体。
有人会说，这是文人在咬文嚼字，其实没有差别。那就请看一个服务与预报的差别。细心的人可能会注意到，在北京上海等大城市里，广播、电视、报纸等媒体上发布的是穿衣指数、舒适度指数、医疗指数、晨炼指数等等，而不再是风力几级温度多高。
随着人们对于生活质量的追求，以往那种类似阴晴雨雪笼而统之的天气预报已经不能满足需要了，缺少的是个性化的气象服务。
如果说预报不准是能力问题，能否做好服务则是态度问题。值得表扬的是，在奥运气象保障工作中，我国气象部门倡导的是奥运气象服务，而不是奥运天气预报。
如果说传统的电视、广播、报纸都是发布预报的途径，短信、邮件等则是提供服务的途径。看来，IT不仅可以做提高天气预报的准确率的幕后功臣，更是奥运气象服务的急先锋。
中尺度气象是现代气象科学中发展迅速的一个重要分支，它所研究的大气中尺度运动，关系到区域重要灾害性天气的预报。
中尺度数值气象预报模式有许多，其中MM5是目前国内外应用最为广泛的模式，被广泛应用于国内外各气象部门和相关机构。WRF模式是在MM5模式上发展起来的新一代中尺度模式，它將逐渐替换MM5模式。GRAPES模式是中国气象局自主开发的新一代数值预报系统，它是中小尺度与大尺度通用的先进数值预报系统，目前国内很多气象部门已经在对GRAPES进行研究和应用。MM5的最新版本是MM5V3，其研发工作已经停止，继而转向WRF模式。中尺度气象预报模式对高性能计算机提出三大挑战：
计算量巨大
中尺度气象预报模式有着惊人的计算量，同时由于气象预报的特点决定了其极高的实时性，要求模式必须在指定的时间内完成运算。人们对气象预报的精度提出了越来越高的要求，目前预报精度从几百公里、几十公里提高到几公里，而这大幅度提高了模式的计算量。
通讯极为密集
由于模式都是并行软件，一般都采用有限差分格点模式并行计算，所以运行中尺度气象预报模式时，各个CPU之间的通讯量非常惊人，且模式对通讯的性能要求非常高。所以这就要求高性能计算机有高性能的通讯网络。
实时性强、定时运行
气象预报本身的特点决定了其要求很强的实时性，预报系统要求定时定点自动运行，无需人工干预。
从软件的处理流程上看，一般分为前处理、主模式和后处理。前处理包括资料的下载、数据同化等等，后处理主要是指图形化处理等，前/后处理一般对计算机要求不高。中尺度数值气象预报可以有多种架构方法，本文重点说明小规模解决方案和二代小型机解决方案。
小规模解决方案
小规模解决方案主要应用于地市级气象预报部门，完成一个地市48小时以内的短期天气预报，格局一般在12~18公里左右。这个解决方案也可用于小型环保部门或气象科研部分。
系统配置8~16个计算节点，用户可以以较少的投资很好地满足地市级气象部门的预报需求。
整个系统虽然不大，但是包含了气象模式处理的绝大部分系统，在其上能运行绝大部分气象模式，特别适合气象研究和开发部门，同时，配有机群作业调度系统，能轻松保证多个用户同时使用和运行模式。
采用机群的方式构建整个系统，相比于传统的RISC小型机具有极高的性价比。
采用机群的另一好处在于系统具有很好地可扩展性和升级的能力，能很好地保护用户的投资。
由于采用X86体系结构和Linux操作系统，系统具有良好的兼容性和可移植性，运行于PC机上的软件能不用移植而直接在其上运行。
中尺度气象预报模式CPU和CPU之间的通讯极为频繁，它不仅对计算网络的带宽有很高要求，而且对网络延迟的要求更高。作为计算网络的千兆以太网在很大程度上影响了系统的总体性能。由于并行计算的通讯是多对同时通讯的模式，所以要求交换机必须是无阻塞的线速交换机。
二代小型机解决方案
二代小型机是继承了第一代RISC小型机的优点并拓展第一代RISC小型机的应用而发展起来的高性能计算机。在继承了第一代RISC小型机高运算处理性能、高可靠性、高IO性能等优点的条件下，二代小型机相比其前辈具有以下优势：
程序移植性增强
二代小型机基于X86的体系结构，可以轻松完成应用的移植。
扩展性增强
抛弃传统小型机依托的专用系统设计，采用通用标准设计，使得第二代小型机可以轻松跟随服务器产品技术的发展，而不受限于单一硬件厂商发展的制约。
易管理、易维护
第一代RISC小型机采用专用的硬件、软件系统，系统管理员必须经过专业培训。而二代机采用标准化的硬件和Linux操作系统，易于系统的管理和维护。
性价比高
由于第二代小型机在设计时吸收第一代小型机优点的同时，顺应时代的变化，在保证性能的同时使得产品成本大幅下降，目前第二代小型机的价格相当于同类传统小型机产品的30%~50%。
同时，由于采用标准化的软硬件，二代机的价格优势不仅仅体现在设备采购时，设备的维护和运行成本也在大幅降低。
数值气象预报在国内的发展越来越快，使用也越来越普遍，对高性能计算的依赖程度也在不断加强，对高性能计算机的要求也越来越高；但另一方面，相比于其他应用，数值预报有其显著的特点，对高性能计算机系统的要求也有其独特性。
结束语:从天气预报到气象服务
很多人对天气预报不准很愤怒，但不得不承认的事实是，对于大气现象的演变，科技工作者还没有完全掌握。气象科学还是早晨八九点钟的太阳，是一个极其年轻的学科。尽管责备也许会激发人们的斗志，但理解、关爱与呵护更重要。
面对社会公众的宽容与理解，气象工作者是否就可以止步不前呢？其实不然。可以先看看天气预报与气象服务这两个词语的差别。天气预报强调的是气象工作者作为主体，向社会公众发布统一的信息。气象服务则不同，强调的是服务，服务当然要以被服务对象为主体。
有人会说，这是文人在咬文嚼字，其实没有差别。那就请看一个服务与预报的差别。细心的人可能会注意到，在北京上海等大城市里，广播、电视、报纸等媒体上发布的是穿衣指数、舒适度指数、医疗指数、晨炼指数等等，而不再是风力几级温度多高。
随着人们对于生活质量的追求，以往那种类似阴晴雨雪笼而统之的天气预报已经不能满足需要了，缺少的是个性化的气象服务。
如果说预报不准是能力问题，能否做好服务则是态度问题。值得表扬的是，在奥运气象保障工作中，我国气象部门倡导的是奥运气象服务，而不是奥运天气预报。
如果说传统的电视、广播、报纸都是发布预报的途径，短信、邮件等则是提供服务的途径。看来，IT不仅可以做提高天气预报的准确率的幕后功臣，更是奥运气象服务的急先锋。