这允许对大规模台风和较小规模的龙卷风进行单一的高分辨率模拟，从而获得准确、实时的预测。
富士通有限公司和横滨国立大学宣布，利用先进的超级计算技术实现了世界上第一个与台风相关的多场台风相关龙卷风的实时预测，显著提高了备灾能力。
这项新技术利用优化的大规模并行处理，以及增强的云解析风暴模拟器 （CReSS），这是由 Kazuhisa Tsuboki 教授在富士通富岳超级计算机上开发的天气模拟器。这允许对大规模台风和较小规模的龙卷风进行单一的高分辨率模拟，从而获得准确、实时的预测。
图 1：2024 年 10 号台风的模拟结果，显示降雨量（左）和风速（右）。右侧的红色圆圈突出显示了强旋风区域。
此前，在模拟 2024 年 8 月袭击日本九州地区的 10 号台风龙卷风时，预测龙卷风是否会发生需要 11 个多小时，因此预测不切实际适用。这项技术能够将预测时间大幅缩短到 80 分钟，使两个合作伙伴能够提前 4 小时预测龙卷风的发生。这种预测计算仅使用了 Fugaku 计算资源的 5%，这表明未来有可能进行更大规模、更快的预测。
双方将在 2024 财年内向研究界发布增强的 CReSS，从而显着改进对恶劣天气事件的预测并加强减灾工作。
日本大约 20% 的龙卷风与台风一起发生。为了应对日益严重的龙卷风破坏，日本于 2008 年开始发布龙卷风警报。然而，与可以高精度预测的降水等天气现象相比，龙卷风由于其规模小、持续时间短而难以预测。龙卷风警报目前的有效期约为 1 小时，并且需要更长的警报期。
富士通和横滨国立大学于 2022 年 11 月启动了一项联合研究项目，旨在解决与全球变暖加剧的日益严重的台风相关的社会挑战。这项合作是在富士通小型研究实验室的“富士通-横滨国立大学台风科学技术研究中心合作研究实验室”下进行的，重点是了解台风形成机制，并加速和提高台风预测模拟的准确性。
图 2：2024 年与 10 号台风相关的龙卷风复制（20 公里 x 20 公里）。红色区域代表强烈的旋转风，可能是龙卷风，而白色区域代表其上方的旋转云。此可视化是由横滨国立大学使用 VAPOR 天气可视化工具创建的。
CReSS 天气模拟器基于从云尺度（水平 50 米至 2,000 米）到中尺度（水平 2 公里至 2,000 公里）的高精度天气模拟，准确模拟产生龙卷风的超级单体雷暴的形成和发展。然而，CReSS 的原始设计并不适合台风相关龙卷风预测所需的大规模并行处理（数千个节点），导致并行计算时间过长，不适合实时预测。
为了解决这个问题，开发了 CReSS 的轻量级版本，在保持必要的预测准确性的同时，显著降低了计算需求。此外，还采用了富士通的大规模并行处理技术，优化了富岳服务器网络结构的仿真处理映射，并实现了计算和文件输出的重叠执行。这大大缩短了 Fugaku 的仿真时间，使预测结果比以前快得多。
使用 CReSS 对 2024 年 8 月在日本九州造成龙卷风破坏的 10 号台风的富岳 8,192 个节点进行了预测实验。利用包括温度、压力、湿度、风向和速度在内的 3D 空间数据，模拟成功再现了九州东海岸发生的多场龙卷风。图 1 显示了整个台风的模拟结果，而图 2 显示了九州东海岸 20 公里 x 20 公里区域的风和云运动，清楚地显示了多个龙卷风的形成。
“我们很高兴与大家分享我们与横滨国立大学合作研究的重要成果，该项目为期两年多，”富士通有限公司执行副总裁兼富士通研究负责人 Seishi Okamoto 评论道。“这一成功将进一步推动我们专业知识和技术的整合。通过推进台风发展预测和预测模拟的研究，我们的目标是帮助减轻与天气相关的灾害并减轻其影响，为全球环境解决方案做出贡献，这是富士通的关键重要课题之一。
为了加快对包括台风在内的气象灾害的研究，富士通和横滨国立大学计划在本财年内公开发布大规模并行版本的 CReSS。此外，基于这些成就，两家公司将努力利用 AI 技术进一步提高速度和预测准确性。通过这些努力，我们将为解决全球环境问题做出贡献，这是富士通的关键重要性主题之一。
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