國(guó)外海洋預(yù)報(bào)動(dòng)態(tài)

夏冬冬，任湘湘（編譯）

（國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

國(guó)外海洋預(yù)報(bào)動(dòng)態(tài)

夏冬冬，任湘湘（編譯）

（國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

1 全球海洋資料同化實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（Global Ocean Data Assimilation Experiment,GODAE）第三次會(huì)議

全球海洋資料同化實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（Global Ocean Data Assimilation Experiment,GODAE）經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展，已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)階段轉(zhuǎn)為業(yè)務(wù)化階段。2011年11月，GODAE第三次大會(huì)在巴黎召開(kāi)，GODAE贊助組，任務(wù)工作組和科研工作組對(duì)已經(jīng)取得的進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)GODAE下一步工作進(jìn)行了展望。

GODAE OceanView五大任務(wù)工作組中的比較和驗(yàn)證組與觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)估組在美國(guó)海軍研究辦公室的贊助下，于2011年7月在加利福尼亞圣克魯茲召開(kāi)了研討會(huì)，研討會(huì)上共收到了36份報(bào)告。比較和驗(yàn)證組的主要工作是正在確立模型的比較和驗(yàn)證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)估組對(duì)全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估。海岸帶和陸架海組重點(diǎn)工作為發(fā)展近岸海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)（Coast Ocean Forecast System,COFS）。海洋生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)組的工作相比較于其他任務(wù)工作組顯得尚未成熟，主要是由于海洋物理要素與生物要素之間的過(guò)程尚不十分清楚，亟需得到GODAE科研團(tuán)隊(duì)的支持。中短尺度耦合預(yù)測(cè)組正在推進(jìn)中短尺度耦合預(yù)報(bào)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行。

GODAE預(yù)報(bào)系統(tǒng)在分辨率、潮汐混合、表面強(qiáng)迫場(chǎng)、高頻通量等方面進(jìn)行了改進(jìn)，并且啟動(dòng)了物理-生物耦合、海洋-大氣耦合模型的運(yùn)轉(zhuǎn)。海冰密集度、潮汐、水色等觀測(cè)資料被同化到預(yù)報(bào)模型中。預(yù)報(bào)系統(tǒng)在福島放射性污染物泄漏、粒子追蹤、颶風(fēng)預(yù)測(cè)等方面得到了應(yīng)用。

會(huì)議還就未來(lái)4年的GODAE工作計(jì)劃進(jìn)行了討論，并定于2013年召開(kāi)下一次會(huì)議。

2 美國(guó)全球海洋實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)化運(yùn)行

2011年10月25日，全球海洋實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在美國(guó)海洋大氣管理局（NOAA）的國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用。該系統(tǒng)基于HYCOM模式構(gòu)建，成為美國(guó)氣象局海洋預(yù)報(bào)能力的重要支柱。

預(yù)報(bào)系統(tǒng)每天運(yùn)行一次，制作時(shí)效為6天的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，使用美國(guó)海軍海洋學(xué)辦公室利用三維變分同化方法制作的逐日初始場(chǎng)。HYCOM模式在赤道的水平分辨率約為9 km；在78.64°S—47°N采用的是麥卡托投影坐標(biāo)，在47°N以北采用的是北極偶極子。中緯度地區(qū)水平分辨率大約為7 km，極區(qū)的水平分辨率約為3.5 km。岸線(xiàn)固定在10 m等深線(xiàn)，白令海峽是敞開(kāi)的。垂向采用32層垂直混合坐標(biāo)。驅(qū)動(dòng)場(chǎng)使用業(yè)務(wù)化全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)GFS提供的3 h一次的動(dòng)量、輻射和降水驅(qū)動(dòng)。輸出結(jié)果包括全球海面高度和溫度、鹽度、密度速度的三維結(jié)構(gòu)場(chǎng)，數(shù)據(jù)格式為NetCDF格式。全球海洋實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的全球海表海溫和海流數(shù)據(jù)被美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)（U.S.Coast Guard，USCG）用于搜救行動(dòng)，并被美國(guó)海洋大氣管理局的響應(yīng)和恢復(fù)辦公室（NOAAOffice of Response and Restoration，ORR）用于危險(xiǎn)品泄漏應(yīng)急響應(yīng)。

在全球海洋實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)化使用之前，海洋預(yù)報(bào)中心（Ocean Prediction Center，OPC）于2011年夏季開(kāi)始向美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)和響應(yīng)和恢復(fù)辦公室發(fā)布近實(shí)時(shí)模式數(shù)據(jù)，以便其為新數(shù)據(jù)投入正式使用做好準(zhǔn)備。海洋預(yù)報(bào)中心在發(fā)布全球?qū)崟r(shí)海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同時(shí)，還向用戶(hù)發(fā)布來(lái)自美國(guó)海軍的業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)模式（NCOM）的數(shù)據(jù)。海洋預(yù)報(bào)中心致力于使NCOM數(shù)據(jù)用戶(hù)轉(zhuǎn)而使用全球?qū)崟r(shí)海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，而美國(guó)海軍則希望用全球HYCOM取代NCOM成為其業(yè)務(wù)化全球海洋模式。利用海洋表層流的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，海洋預(yù)報(bào)中心可以提供更優(yōu)質(zhì)的航海安全信息。例如，在強(qiáng)海流向與強(qiáng)風(fēng)向相反的區(qū)域，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)浪，對(duì)船舶航行造成危害。目前的業(yè)務(wù)化海浪預(yù)報(bào)模式?jīng)]有對(duì)這種強(qiáng)海浪的預(yù)報(bào)能力（見(jiàn)圖1）。

新的全球?qū)崟r(shí)海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)可改進(jìn)這種灣流區(qū)的模擬，更加細(xì)致的刻畫(huà)海洋表層流，海洋預(yù)報(bào)中心由此可確定這種風(fēng)向和流向相逆的危害，并能夠向在灣流區(qū)的航行活動(dòng)提供更加優(yōu)質(zhì)的航行安全保障服務(wù)。

圖1 顯示在北大西洋灣流區(qū)經(jīng)常發(fā)生這種危險(xiǎn)的海況

3 歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心新的季節(jié)預(yù)報(bào)系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)化、高性能計(jì)算系統(tǒng)升級(jí)

歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ECMWF（以下簡(jiǎn)稱(chēng)歐洲中心）季節(jié)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)了重要升級(jí)后已經(jīng)投入業(yè)務(wù)化運(yùn)行。為了給用戶(hù)提供更加穩(wěn)定的服務(wù)，該系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)平時(shí)很少進(jìn)行升級(jí)。此次升級(jí)后的新系統(tǒng)向用戶(hù)提供原始數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和圖形兩種產(chǎn)品。

新系統(tǒng)主要在以下幾個(gè)方面有改進(jìn)：采用更高的分辨率（80 km），覆蓋整個(gè)平流層、對(duì)流層、海洋和陸地表面，更多集合預(yù)報(bào)樣本（51個(gè)），更長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段（30年），產(chǎn)品比過(guò)去提前一周發(fā)布。

歐洲中心是世界氣象組織指定的季節(jié)預(yù)報(bào)的“全球生產(chǎn)中心”，利用其在數(shù)值模型和資料同化方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提供最好的季節(jié)氣象形勢(shì)數(shù)值預(yù)報(bào)。其網(wǎng)站上公開(kāi)發(fā)布一些熱帶區(qū)域季節(jié)預(yù)報(bào)圖，目前在熱帶區(qū)域季節(jié)預(yù)報(bào)的技術(shù)最成熟。

歐洲中心從1978年開(kāi)始使用第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，至今已有多種系統(tǒng)在歐洲中心的天氣預(yù)報(bào)中得到應(yīng)用。本次升級(jí)采用IBM公司的產(chǎn)品，IBM公司向歐洲中心交付使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)、4個(gè)計(jì)算框架（含12000多個(gè)POWER7處理器）和4個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)框架（存儲(chǔ)空間超過(guò)3P），下一步還將增加13個(gè)計(jì)算框架。歐洲中心的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)升級(jí)的方案為定制兩套獨(dú)立的計(jì)算機(jī)集群，雙集群設(shè)計(jì)將大幅增強(qiáng)系統(tǒng)的彈性，使系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)更加靈活。4個(gè)POWER7處理器組成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，8個(gè)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)抽屜，8個(gè)抽屜組成1個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)之間用高速網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)帶寬23TB/s。

每個(gè)計(jì)算集群組成為：

24個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)由32個(gè)節(jié)點(diǎn)組成；

732個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)”應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)容量為64 G；

20個(gè)“大容量存儲(chǔ)”應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)容量為256 GB；

10個(gè)備用節(jié)點(diǎn)；

6個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)；

24567個(gè)POWER7處理器；

53TB內(nèi)存；

系統(tǒng)建成后計(jì)算能力將是現(xiàn)有計(jì)算系統(tǒng)的3倍左右，理論峰值計(jì)算速度約為1500萬(wàn)億次/s。