中期数值天气预报开启新里程

　　 中国气象报记者 刘钊

　　如今，人们在长假出行前，总是习惯通过手机查询未来一周的天气。他们很难想象，就在二十多年前，我国对中期（未来10天以内）天气的准确预报，还只是一个梦想。

　　在技术的进化史上，1992年11月18日是值得铭记的一天。这一天，中国自主研发的“银河-Ⅱ”巨型计算机诞生了。同时，中期数值天气预报业务系统作为首个应用试算成功，登上历史舞台。

　　 “小马拉大车”，中期预报曾历经艰难

　　作为我国第一台计算速率达到10亿次的通用并行巨型计算机，“银河-Ⅱ”达到了20世纪80年代末的国际先进水平。而中期数值天气预报与它结缘，还有一段曲折的故事。

　　20世纪80年代，数值预报已成为国际天气预报主流发展趋势，而我国的中期数值天气预报系统尚未建立，亟待开发。在这样的背景下，一系列发展计划出台：中期数值天气预报列入“七五”国家重点科技攻关计划，预报系统建设项目也通过了审批立项。

　　中国工程院院士李泽椿时任国家气象中心主任，也是这一项目的主要负责人。建设中期数值天气预报业务系统，是面向世界尖端科学的挑战。在众多专家参与论证下，一个庞大的设计方案逐渐成型：装备高性能计算机、研发数值预报系统、引进并消化吸收先进技术……

　　但中期数值天气预报业务系统要在巨型计算机上运行，现有的机器远远无法满足需求。更大的难题是，当时，进口机器的渠道也被限制，美、英、法、意、德、日等20多个国家组成的巴黎统筹委员会，对社会主义国家实行禁运和贸易限制，不同意将机器卖给中国。

　　深知这项工作重要性的李泽椿，选择了软件研发与硬件研制双管齐下的策略。

　　为解燃眉之急，气象部门采用“小马拉大车”的办法，将本应在巨型计算机上完成的研发工作，提前在现有的“M—360”中型计算机上进行。这台机器经过扩体升级，首先完成科研攻关任务，实现中期数值天气预报系统的准业务运行。

　　科研“抢跑”，后勤也要紧紧跟上。巨型机可以迟到，但不能缺席。1988年3月，气象部门作为第一个用户，与国防科技大学签订研制“银河-Ⅱ”10亿次巨型计算机的合同。紧张的技术攻关就此展开。

　 　迎难而上，“银河-Ⅱ”在逆境中诞生

　　研制巨型计算机，毫无疑问是一项复杂困难的任务。而在当年特殊的历史背景下，人们面临的挑战尤其严峻。

　　当时，巨型计算机技术垄断现象严重。掌握技术的少数发达国家采用“一卡二冲”的策略限制其他国家发展。“卡”就是拒绝出口高出对方技术水平的计算机，增加其发展难度。“冲”则尤为可怕，指当对方研发出某个档次的计算机时，便放开限制大量出口低于这个档次的计算机，以低廉的成本冲击对方刚刚建立起来的技术基础。在我国研制出首台巨型计算机——计算能力达到每秒1亿次的“银河-Ⅰ”后，国外便有大量此类降档机器涌入我国市场。

　　面对这样困难的形势，曾成功研制“银河-Ⅰ”、实现我国高性能计算机零突破的国防科技大学再次承担重任。研制团队在国内首次采用50兆赫的工作频率和4个高性能处理机并行处理结构。当时，这个结构相当“大胆”——频率上升意味着机型的结构要更为紧凑，布线不仅要短，而且要尽可能少。“银河-Ⅰ”一块电路板有7层，单面安装百余个器件，在当时已被认为到达了极限。而“银河-Ⅱ”要求在一本杂志大小的电路板上布出数千条线、安装数百个器件，难度可想而知。

　　当年，“银河-Ⅰ”的电路板图由近百名知青精心绘制。但精细度进一步升级后，手工操作已经无法满足“银河-Ⅱ”的高要求。此时，中国计算机并行算法研究与应用创始人之一、时任“银河-Ⅱ”应用软件主任设计师李晓梅，应用研究十年的计算机辅助设计系统，绘制出了4万多张精密图纸，解决了研制的一大难题。

　　最值得一提的，无疑是“银河-Ⅱ”研制过程中的“同步进行法”。国家气象中心作为用户，全程参与其中，在研制机器的同时，着手开发中期数值天气预报系统。这种“同步进行法”，在这一巨型计算机系统问世后，很快便投入正式运行。而在常规情况下，从计算机研制成功到应用软件投入运行，还有很长的路要走。

　　如今，我国研制的“神威·太湖之光”已经多次蝉联国际超算榜首，而气象部门的数值预报系统，以及支撑其运行的超算也经历了多次升级换代。当今的预报准确率与计算能力，已经达到了当年难以企及的高度。中期数值天气预报系统成功搭乘“银河—Ⅱ”运行则作为一座光辉灿烂的里程碑，令人永远难忘。