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算機技術的發展，使其在各個領域的發展中做出了巨大貢獻。高性能計算技術是以并行計算方式來提高其計算性能的，而在氣象領域中，由于氣象數據非常復雜，僅靠一般的計算機是難以有效勝任的，再加上氣象預報業務的激增，使氣象領域迫切需要應用高性能計算技術。隨著高性能計算技術在氣象領域中的應用，使氣象領域的高性能計算能力大大增強，其應用水平也有了顯著提高，極大程度地推動了我國氣象領域的信息化發展。

一、高性能計算技術綜述

所謂高性能計算技術是指能夠對大量的任務進行高效、快速運算的技術，人們通常將高性能計算設備叫做超級計算機。現階段，人們在計算機技術研究中，已經將高性能計算技術作為其重要分支，通過對計算機的軟件開發、并行計算及系統結構等方面進行研究，以此實現對高性能計算機的研發。從宏觀層面來說，高性能計算技術已經突破了并行計算的局限性，其和網格計算、分布式計算、云計算以及網格計算等正建立日益密切的聯系，彼此之間的融合也變得越來越深入。以Flynn對高性能計算技術的相關系統進行分類，可以發現大多數系統均是多指令多數據流的系統，而以其訪存方式及結構來看，其訪存方式又包括非均勻存儲器存取、一致性高速緩存非均勻存儲訪問模型、均勻存儲器存取、非遠程存儲訪問模型以及只用高速緩存的存儲器結構。而其結構模型則包括大規模并行處理、工作站集群、共享存儲型多處理機、分布共享存儲以及并行向量處理機。對于集群系統來說，其是由大量相互獨立的計算機所組成的，通過相應的通信網絡，并以某種結構形式進行連接，從而組成功能強大的計算機系統，實現了對集群內所有計算機的統一性管理與調度，使大量數據能夠得到高效的并行處理。高性能計算技術的宗旨是為用戶提供更高的抗災難性、可靠性以及可擴充性信息化服務。現階段，高性能計算機的性能能否得到正常發揮，其取決于系統自身的架構、處理器、每瓦特性能、機器規模以及網絡互聯性能等關鍵的性能指標。

二、高性能計算技術在氣象領域中的適用性

在氣象領域中，氣象數值預報是通過相應的數值方法，在初值條件確定的基礎上，對某組能夠對大氣的運動狀態進行表征所采用的一組數學物理方程，從而使大氣在運動過程中形成的場或量得到計算，其大氣的場或量主要體現在其風向、濕度、風速以及溫度等方面，通過計算其大氣運動過程的變化情況，并結合當前天氣的實際狀態，從而預測出天氣在未來一段時間內可能出現的變化趨勢。氣象領域在進行氣象數值預報時，必須要針對海量的觀測數據來進行必要的同化分析與質量檢查，只有這樣才能使初值條件得以被確定，而在此過程中勢必會涉及到大量的計算。此外，在進行數值求解時所采用的偏微分方程組會涉及到幾十萬乃至幾百萬個自由度控制，這也同樣需要進行大量計算，因此在數值天氣預報時，必須要借助于高性能的計算技術來予以支持。并且，數值天氣預報需要具有較高的實效性，其計算工作必須要在規定的時間內完成，如果僅僅采用一般的計算機來進行運算，勢必是無法勝任的。通過高性能計算技術的應用，能夠使氣象數值預報變得更加實時、準確，進而使氣象數值預報業務的發展瓶頸得到突破。現階段，我國在氣象數值預報中，更需要向著多模式耦合、分辨率更高、集合預報的方向進行不斷發展，這也使氣象領域對高性能計算技術的能力要求得以不斷提高。由此可見，高性能計算技術在氣象領域是具有極高適用性的。

三、高性能計算技術在國內外氣象領域的應用探析

1.高性能計算技術在國外氣象領域中的應用。高性能計算技術在國外氣象領域中的應用主要集中在以下方面：其一是能力建設方面，高性能計算技術使數值預報模式得到了可靠的技術支持，進而使數值預報業務得到了迅猛的發展。國外氣象部門所使用的高性能計算機具有非常快的更新速度，而且其系統的計算性能也高達每秒千萬億次運算。在高性能計算機中，其各個計算節點利用專用網或InfinijBand網絡，使其能夠以少量GPU、純CPU以及MIC眾核為主要的計算能力。因GPU眾核在編程模式上不同于CPU，因此在編程語言上也相對特殊，在模式移植優化過程中存在很大的難度。這也使國外發達國家在應用高性能計算機時，仍舊采用由純CPU進行運算的高性能計算機系統，只有少部分采用了GPU眾核的高性能計算機系統，并對能夠移植改造氣象業務模式的相關計算機系統進行不斷的研發與探索，以此不斷提高氣象業務模式的運行時效及并行能力。據相關資料統計，2016年6月，全世界位列前500名的高性能計算機系統中，被應用于氣象領域的高性能計算機系統已經達到了22套，在這22套高性能計算機系統中，其中有10套為MPP結構，剩余的12套則為cluster結構；其二是模式發展方面，各個國家在發展數值預報業務系統過程中正在有計劃地進行，數值模式的分辨率也已普遍達到10至20Km；其三是資源管理方面，世界各國在氣象領域中所采用的高性能計算系統以一主一備為主，主系統與備用系統的架構相同，并分別用于業務和科研。2.高性能計算技術在國內氣象領域中的應用。高性能計算技術在我國氣象領域中的應用也同樣集中在能力建設、模式發展與資源管理這三個方面。首先在能力建設上，我國氣象部門在業務發展中主要采用的IMBFlexP460高性能計算機系統，P460服務器組中的各個服務器均配置有4個8核的3.55GHzPower7CPU芯片，該系統的計算能力為1054.2TF-LOPS，系統內存高達163584GB。該系統主要包括兩個子系統，其利用InfiniBand網絡進行連接，并且將4個InfiniBand端口分別配置于各個計算節點中，并利用邊緣交換機與對應的核心交換機進行連接。其次是在模式發展中，我國氣象領域主要采用0.25°GRAPES與T639L60這兩種模式，在未來兩年，我國在GRAPES模式的水平分辨率將提升至10Km。最后，在資源管理方面，我國正致力于將各個地區的高性能計算機系統實現共享應用，通過整合、協調與共享各個地區氣象部門所具有的氣象數據與設備資源，以此形成統一的運行平臺，確保氣象業務的高效運行。

四、結語

總而言之，現代化信息技術的發展，使高性能計算技術成為其重要的發展方向，而氣象領域作為高性能計算機技術的重要應用領域，長期以來，因數值天氣預報業務的迅猛增長，再加上數值天氣預報模式研究的不斷深入，使氣象領域對高性能計算技術中的計算資源需求變得越來越強烈。在未來發展過程中，我國氣象領域必將逐步實現國家級與區域級在高性能計算技術方面的應用結合，以此推動我國氣象領域的創新發展。

參考文獻：

[1]趙立成，等.高性能計算技術在氣象領域的應用[J].應用氣象學報，2016，27（5）.

[2]王彬.高性能計算技術在氣象部門的應用[J].計算機工程與設計，2014，35（4）.

[3]司維，程等.高性能計算技術在氣象領域中的應用探討[J].科技傳播，2014，6（16

作者:邱永輝 單位:貴州大學人民武裝學院