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天文台於報章刊登的文章 Newspaper Articles by Hong Kong Observatory


超級電腦繪「春牛圖」

林靜芝

大家可有留意到「通勝」內的一幅「春牛圖」?「春牛圖」可算是古時的一種天氣預測。圖中牽牛的小孩若是赤著雙腳,那就表示來年的雨水多﹔若是雙腳穿鞋的,就表示雨水少,而單腳穿鞋的表示雨水正常。自古以來,天氣與人類的生活是息息相關的。在科技未發展成熟之前,人類就憑著天賦的觸覺和觀察力,試圖了解大自然的奧秘,探討其規律及與現象之間的關連。

在十九世紀初還未有發明電腦時,科學家已堅信天氣的變化是可以憑一些物理定律和數學方法計算出來的。當時,科學家估計需要六萬四千人以一天時間才可以計算全球未來一天的天氣變化。隨著科技的發展,要計算天氣變化已不是妙想天開的事情。要計算天氣變化,我們就要知道大氣的狀態。粗略描述的話,知道溫度、氣壓、風向、風速和濕度便足夠了,但要更仔細的話,就要加入如雲、雨、雪、霜、化學成份等等。大約在二十多年前,科學家己經成功地利用電腦計算大氣的粗略變化。但影響人們生活較大的天氣是雲、雨、雪等,若要電腦天氣預報更好地為人類服務,便需要精確的物理過程和超級電腦來處理龐大的數據了。

天文台在今年七月購置了一台克雷(CRAY SV1)超級電腦。這台電腦有十六個中央處理器,最高運算速度達二萬一千MTOPS (MTOPS即理論上每秒可以進行一百萬次運算),它是香港現時最快的電腦之一。

在超級電腦的發展歷史裡,相信以超級電腦「深藍」(DEEP BLUE)在象棋賽中擊敗國際棋王的例子最為人熟悉。「深藍」的運算速度令人咋舌。表面上,結果好像顯示人最終都是輸了給機器,但實際上,關鍵在於設計奕棋程式和電腦硬件的人,他們才是勝利者。人最終沒有輸了給機器,是輸了給善用電腦科技的人。這是集合了科學和科技的大成來盡量提高電腦的運算速度與時間競賽,得使可以在奕棋的時限內推算更多的後著。預測天氣也是和時間競賽,現時,美國國家大氣研究中心用來模擬全球天氣變化的超級電腦比「深藍」還要快五倍。

要好好地利用電腦計算出來的天氣預測,必須盡量提早讓計算結果出現在預報員的眼前。試想,若果一組以星期一的天氣資料來推算未來兩天的天氣預測,需要一天的時間來計算,到了星期二的早上才有結果,那麼它的用處便大打折扣了。

對於我們來說,不同的天氣狀況彷彿代表著不同級數的對手。一些影響範圍較廣和壽命較長的天氣系統,例如冬季季候風等,我們用電腦模擬天氣變化過程的效果甚佳,但是對於影響範圍較小和壽命較短的天氣系統,例如是春夏的暴雨和雷暴等,對手非常強,我們必須軟硬兼備才能迎戰,軟的是指預測天氣的程式軟件,亦即我們常說的數值天氣預報系統,內裡有模擬天氣變化的模式,而硬的就是用來運行這套系統的超級電腦了。超級電腦會計算大氣的變化,製作出地面和高空的氣象圖給預報員參考,這些氣象圖彷彿是現代版的「春牛圖」,不同的是預測的不是全年的雨水多寡,而是未來一兩天每小時的天氣情況。

從前在數值天氣預報課題上解決不了的問題,如今很多都已解決了。現在困擾著我們的問題,或許經過相當時日,我們的子子孫孫會利用當時的科學技術輕易地解決。然而,世上有解之不盡的難題,人類有滿足不完的慾望,或許就是這些推動力,令人類不斷地進步吧。試幻想,在未來的世界裡,人們案頭日常使用的可能全是現今所謂的"超級電腦"。天文台能在電腦網絡上瞬即告訴我們任何地方,任何時刻準確的天氣,新的滿足帶來更新的追求,屆時,不知道我們的子子孫孫又要些什麼了。

﹝文匯報 1999年11月19日﹞


※ 多謝文匯報之允許,轉載以上的文章。

最近修訂日期: <2014年4月1日>