IBM在GPU上运行新的全球天气预报系统

任何出门前查看天气预报的人都知道它是一个多变的功能。这是一项艰巨的任务：在非常短的时间内对局部水平的高精度进行不断复杂系统的建模。现在，IBM和The Weather Company（一家IBM子公司）宣布了一种新的天气模型预报，承诺“全球有史以来最准确的当地天气预报”。

IBM全球高分辨率大气预报系统（GRAF）利用飞机每五秒钟捕获的风和温度数据，这是以前尚未开发的数据源，可以提供对世界上监控不佳的地区的深入了解，以及来自智能手机的众包数据选择共享该数据的用户传感器。另一种可以改善预测覆盖范围的资源，尽管这一点已被证明是有争议的。当然，该模型还利用了更传统的数据集，例如来自数十万个气象站（包括业余天气爱好者运行的站点）的数据。

这些庞大的数据集将被提供给GRAF基于IBM Power9的超级计算机，该计算机现在正在建设中，并将在未来几个月内投入生产。该系统结合了84个AC922节点，每个节点配备4个Nvidia V100 GPU以及3.5 PB的IBM Spectrum Scale Storage，每天可处理多达10TB的天气数据。IBM估计，如果没有GPU，系统将需要500台服务器。

2018年8月在印度的季风，左边是当前最好的天气模型，分辨率为13公里。右侧，新的IBM全球高分辨率大气预报系统（GRAF）以3公里的分辨率运行，并且经常更新6到12倍。来源：IBM

所有这一切最终形成了这样一个高分辨率全球天气预报。IBM承诺，全球大部分地区的预测分辨率将提高近200％，系统能够以超过40％的全球分辨率预测3公里的分辨率。GRAF还每小时更新一次，使其成为第一个能够在全球范围内预测小天气事件（如雷暴）的商业天气系统。IBM目前正在将GRAF重点放在日前预测上，并且尚未关注10天的预测。

GRAF的高分辨率，快速周转的全球预测标志着现有模型的改变。以前，美国、日本、韩国和西欧以外的世界大部分地区依赖于较为粗糙的12-15公里预测，当这些模型覆盖全球大部分区域时，它们通常每6-12小时更新一次。像雷暴这样的事件往往太精细，无法被大多数传统天气模型捕获。

IBM预计GRAF会有无数的商业用途。例如，对于寻求重新安排航班或最大限度地减少因动荡而造成的破坏的航空公司而言，这可能是有用的。保险公司可能能够更有效地为风暴恢复工作做好准备。电力公司可能能够更准确地预测不同社区的电力需求。由于在难以监控的区域中更高分辨率的风速意识，风能选址和生产可能会得到改善。农民可能能够更好地应对气候的急剧变化，如快速冻结，改善作物产量。未来还可以广泛应用于各个领域。

当然，GRAF产生的预测也将为最终用户提供应用。IBM和任何利用天气公司提供的IBM产品的企业表示，天气频道应用程序，weather.com，Weather Underground应用程序和wunderground.com的用户将看到GRAF的预测有所改进。最终，GPU代码也将是开源的，可能允许在研究社区中广泛使用。

GRAF的强大功能不仅可以通过IBM的研发投资实现，还可以通过The Weather Company和国家大气研究中心（NCAR）之间的开源合作实现。GRAF利用NCAR的超标量预测模型（MPAS），与洛斯阿拉莫斯国家实验室合作开发。MPAS是NCAR最新一代的全球天气模型。

“今天，世界各地的天气预报并不平等，所以我们正在改变这种情况。”Watson Media and Weather for IBM总经理卡梅伦克莱顿说，“天气影响人们日常工作，可以说是业务绩效中最重要的外部因素。随着极端天气变得越来越普遍，我们新的天气系统将确保世界各地的每个人和组织都能获得更准确，更精细的天气预报。”