瑞士率先使用 GPU 來提升全國天氣預報結果

作者 Roy Kim

十年前的卡崔娜颶風摧毀了紐奧良市;三年前的桑迪颶風重創紐約市,數百人喪生且造成數十億美元的財物損失。

無論您身在何方,天氣預報都是一場高風險的賭注。

如今瑞士透過 GPU 加速運算技術,大幅增進預測風暴及其它天氣災害的準確性。

瑞士聯邦氣象氣候局 MeteoSwiss,是首個部署 GPU 加速超級電腦來提升日常天氣預報精準程度的國家級氣象單位。

我們的預測:他們不會是最後一名。精準的天氣預報需要有極佳的電腦運算能力。而在不榨乾電網、耗費大量電力的情況下,剛好就由 GPU 來釋放電腦運算能力。

meteoswiss

一個典型的COSMO模擬,顯示出在瑞士及週遭地區的雲層狀態(圖片由NVIDIA/MetroSwiss提供)

新系統較過去使用以 CPU 為基礎的舊系統,運算效能提升40倍,使得 MeteoSwiss 能開發出解析度高出兩倍的氣象模型,而能源使用效率則是高出三倍。

解析度更高的氣象模型 = 更精準的預報內容

提升天氣預報精準度的重點,就是提高電腦產生之天氣預測模型的解析度。

天氣模型會在特定時間對大氣狀態進行採樣,運用流體運動和熱力學方程式來預測未來某個時間的大氣狀態。 

模型將預測區域劃分為格狀,並且使用相鄰網格內的交互作用來計算各格裡的方程式,以計算出預測結果。格點間愈接近,整個模型的解析度也愈高,同時最終預測結果也更貼近真實狀況。

以1公里的解析度來運行天氣模型,是全球各地的氣象局所希望達到的里程碑,而 MeteoSwiss 的新系統剛好就能做到這一點。

強大的新系統將短期(24小時)天氣預報模型解析度從 2.2km 提升到 1.1km,讓 MeteoSwiss 能更精準地預測降水和降雪的數量、時間長短和地點,並且對於重大天氣狀態提供早期警報。

新系統也使得 MeteoSwiss 將中期天氣預報的解析度提升三倍,且將預報範圍從三天擴大到五天。

MeteoSwiss 的新系統採用 Cray CS-Storm 叢集超級電腦,是當前密度最高的 GPU 加速系統之一。目前放置在瑞士盧加諾瑞士國家超級運算中心裡的 MeteoSwiss 的系統,預計明年夏季將可全速運作。系統採用 Tesla 加速運算平台旗艦級產品 NVIDIA Tesla K80 GPU 加速器。

廣泛使用的 COSMO 天氣模型,如今也採用 GPU 加速技術

採用數值天氣預報模型的高效能超級電腦,計算出我們日常依賴的天氣預報內容。

MeteoSwiss 將是第一個部署 GPU 加速版本 COSMO 模型的氣象單位,德國、義大利、希臘、波蘭、羅馬尼亞及俄羅斯等國的國家氣象單位,以及超過70個研究區域氣候活動的機構亦將使用。

COSMO 聯盟將致力於推廣 GPU 加速版本供氣象單位及其它聯盟成員使用。

準備好這件事:幾年內您所在地區的氣象單位也會使用 GPU 加速超級電腦來進行天氣預報。