北京時間11月7日消息，沒有什么方法能消除天氣威脅，但要對未來可能會出現的天氣威脅作出更好的預測卻是有可能的。 在過去四十年時間里，美國科學家一直都在依靠國家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research）及其復雜的計算機模型來作出各種天氣預測，比如雷暴雨的強度或是追蹤一場颶風等。隨著黃石（Yellowstone）——這是世界上最快的氣候研究超級計算機，被安放在國家大氣研究中心的懷俄明州超級計算中心里——最近的上線，天氣預測將會變得準確得多。

超級計算機是什么？那是一種非常強大的計算機，能以不可思議的速度進行運算。世界上最快的超級計算機的運算速度能達到每秒鐘2萬萬億次，相當于全球70億人在每秒鐘的時間里每人解出300萬個數學方程式。

按照用途的不同，超級計算機能被用來解決實際的商業(yè)問題，比如說如何包裝薯片等；也能用來回答更大的科學問題，比如說模擬一顆核彈爆炸時會發(fā)生什么事情，又或是理解氣候是如何變化的等。

黃石超級計算機的主要用途是對實體系統(tǒng)進行數值模擬，比如大氣和海洋等。在一次模擬中，首先需要設定一整套初始條件——其中具有代表性的條件是來自于國家大氣研究中心和美國海洋暨大氣總署（NOAA）在過去半個世紀里統(tǒng)計的地面和天氣觀測數據。所有這些數據從本質上來說就是對地球拍攝的“快照”，被存儲在這臺超級計算機的數據中心里。

隨后，計算機模型會使用數學方程式來在時間上向前推進這種“快照”，這些方程式由研究者提供，描述的是大氣和濕度在地球的系統(tǒng)中循環(huán)的方式。黃石超級計算機會將這些問題分解為很小的“碎片”，然后在數千個處理器之間運行；在這一過程中，計算機會判定隨著時間的推移，那些方程式將如何改變初始條件。

有些模型將求出未來一個世紀甚至是更長時間的預測結果，而其他一些模型則可能只會求出未來兩周內的預測結果，后者從本質上來說就是一種非常詳盡的天氣預測。

“從某種程度上來說，這就相當于是望遠鏡的數學等價物。”國家大氣研究中心計算機實驗室的技術開發(fā)研究負責人里奇·羅夫特（Rich Loft）說道，在推出黃石超級計算機的過程中，他起到了關鍵性的作用。“與肉眼相比，望遠鏡能讓你看得更遠。”羅夫特說道，而與其類似的是，“與你用紙筆想要計算出來的結果相比，計算機能允許你看到遠為深廣的數學結果。”

黃石的計算能力

黃石是一臺每秒鐘運算速度可達1500萬億次的超級計算機，這使其躋身全球排名前25的超級計算機之列。與其前任的超級計算機藍火（Bluefire）相比，黃石的運算能力要強大30倍左右。這就意味著，研究者能利用這臺新上線的超級計算機做許多以前做不到的工作，比如說檢查海流會對雨水分布造成怎樣的影響，或是觀察一場雷暴雨中的旋轉區(qū)域如何創(chuàng)造出一個龍卷風等。

“這就好像是你的照相機的像素提高了10倍左右。由于分辨率更高的緣故，你就能看到更加鮮明的圖片，讓你知道地球的系統(tǒng)中正在發(fā)生什么事情。”羅夫特說道。

對于模擬颶風中心（也就是“風眼”）的研究者來說，這意味著他們可以構建更加逼真的、清晰度更好的風眼墻（在風眼處，風相對平靜一些，但是風眼邊緣，卻是風暴強度最高的地方，此即為“風眼墻”。風眼墻在風眼周圍的區(qū)域，包圍著風眼呈圓桶狀，為颶風“風眼”四周的環(huán)狀云區(qū)域，這里的風最快最強，內部對流非常強烈，亦是熱帶氣旋風力最強的地方）及其陣風的圖像——在通常情況下，風眼墻會對建筑物造成最大的破壞。

“不妨想象一下，對同一事物來說，一張分辨率非常低的圖像和另一張分辨率高得多的圖像，后者肯定能讓你更好地了解自己正在看的東西。”羅夫特說道。

颶風預測

桑迪（Sandy）颶風及其對美國東部海岸廣大地區(qū)造成的重大破壞證明，對颶風作出模型預測是十分重要的，能起到保護生命、預防財產損失以及改善預警時間的作用。“（黃石）將為改善颶風預測提供一個極佳的試驗臺。”羅夫特說道，其中包括這臺超級計算機能更加準確地追蹤一場颶風以及估測其強度等。

“你需要更高的分辨率來準確地判斷（一場颶風的）強度，還需要大量的統(tǒng)計信息來預測（颶風）將襲擊哪些地區(qū)。”羅夫特解釋道。黃石超級計算機能運行的模型越多，颶風未來將如何發(fā)展的圖像就會變得越加清晰。

更好地理解氣候變化

雖然黃石的設計目的是研究一系列的地球科學主題，比如說空間天氣、空氣質量、含水層和能源生產等，但這臺超級計算機大約一半的工作負載是集中在氣候建模上。“有關氣候的事情是我們在觀察與計算機模型理論之間建立了非常好的一致性的事情，這些模型表明未來將出現氣候變化。”羅夫特說道。

大多數氣候模型都顯示，未來氣溫將有所上升，具體上升多少則要視有多少二氧化碳被釋放到大氣中而定。（自1880年開始記錄氣溫數據以來，10個氣溫最高的年頭中有9個都在2000年以后，而2012年上半年是美國歷史上氣溫最高的一年。）這種長遠趨勢的預測是很好的，但不能告訴科學家氣溫變化會對系統(tǒng)內的能量重新分配造成怎樣的影響，羅夫特解釋道；而這是很重要的一件事情，因為會對全球降水（或是缺少降水而帶來的干旱天氣）造成影響。在氣候變化的情況下，有些地方很可能會失去降水，這將對農作物和水供應造成影響；而對有些人來說，降水將會增多，氣溫會變得更高，種植季節(jié)變得更長。

一臺更加強大的計算機能回答這些問題。黃石不僅能允許研究者預測未來一個世紀內天氣是否會變得更暖，而且還能預見未來十年或是二十年的情況，對某一給定地區(qū)的未來天氣狀況將會變成什么樣子作出更加接近于事實的預測。

“當你與政府官員、城市規(guī)劃師、國家用水委員會或是保險公司交談時，他們想要知道的是地區(qū)水平的具體信息，而利用粗糙的模型是無法對這些問題作出解答的。”羅夫特說道。“對于大氣科學中某些非常重要的未完成事務來說，黃石將會給我們帶來答案。”

想要制造一臺能在如此之高的水平上進行工作的超級計算機需要從事大量的工作，下面讓我們來走近黃石，看看它是如何誕生的吧。

黃石擁有100個互相連通的機柜，其并行處理器總數為74592個。

黃石是全球運行速度最快的25臺超級計算機之一。

黃石計算機的電線長達十幾英里。

在超級計算室的地板下面是一個10英尺（約合3米）高的設施空間，容納著電力供應和冷卻系統(tǒng)。

建造超級計算機的成本極高，黃石的建造成本在2500萬美元到3500萬美元之間。