京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
大数据了解气候变化:它们是怎样运作的
气候变化确实威胁着我们的星球,全球都应感受到它的毁灭性后果。美国航空航天局(NASA)气候模拟中心(NCCS)高性能计算负责人Daniel Duffy博士,介绍了大数据对气候变化研究工作的至关重要性。
NCCS为大规模的NASA科学项目提供高性能计算、存储和网络资源。其中许多项目涉及全地球性天气和气候模拟。这些模拟生成的海量数据是科学家永远读取不完的。因此,益发有必要提供分析和观察这些模拟产生的大数据集的方法,更深入了解气候变化等重大科学问题。
大数据和气候变化:它们是怎样运作的?
大数据和气候研究息息相关;没有海量数据就无法进行气候研究。
NCCS拥有名曰“探索号超级计算机”的计算机集群,主要目标是提供必要的高性能计算和存储环境,以满足NASA科学项目的需求。探索号计算机正在开展一系列不同的科学项目,其中的大部分计算和存储资源被用于天气与气候研究。
探索号计算机是一种高性能计算机,专门为极大规模紧密耦合的应用而设计,是硬软件紧密结合和相互依存的系统。虽然该计算机没有被用于从卫星等遥感平台采集数据,但该计算机运行的许多大气、陆地和海洋模拟都需要观测数据的输入。使用探索号计算机的科学家不断收集输入其模型的全球性观测数据。
然而,如果科学无法以有效手段观测和比对数据,即使向它们提供海量数据也毫无意义。NASA全球建模和模拟办公室(GMAO)增强性动画就是这方面的范例,该办公室利用多方来源的观测信息驱动天气预报。
GMAO的GEOS-5数据模拟系统(DAS)将观测信息与建模信息融合,以生成任何时间内都最为精确和质地统一的大气图像。每6小时的累计观测超过500万次,并对气温、水、风、地表压力和臭氧层的变量进行比对。模拟观测分八大类型,每类对不同来源的变量进行测量。
数据处理
气候变化模型需要具有大量存储和数据快速接入且数据不断增加的计算资源。为满足这一要求,探索号计算机由多个不同类型的处理器组成:79200个英特尔Xeon核心、28800个英特尔Phi核心和103680个Nvidia图像处理器(GPU)CUDA核心。
探索号计算机的总计算能力为3.36万亿次,或每秒3,694,359,069,327,360次浮点运算。为使大家更好地理解这一规模的计算能力,该计算机可在一秒钟内完成活在世上的每个人以每秒将两个数字相乘的速度连续运算近140个小时的运算量。
除了计算能力外,探索号计算机还具有约33拍字节(petabyte)的磁盘存储空间。典型的家庭硬盘容量为一兆兆(terabyte)字节,因此,该计算机的存储能力相当于33000个这类磁盘。如果用它存储音乐,你可以编排一个长度超过67000年而不重复的演奏清单。
NCCS每年都对探索号计算机进行升级。随着其服务器和存储的老化,在四或五年后替换而不是继续运行部分设备实际上能够提高效率。例如2014年年底至2015年年初利用升级的计算机群取代了探索号计算机2010年升级的设备。在地面空间、功率和冷却包络相同的情况下,升级后的NCCS可将计算能力提高约7倍。退役设备通常会转变用途,用于内部支持和其他业务或大学等外部站点,包括马里兰大学巴尔的摩分校(UMBC)和乔治梅森大学(GMU)。
数据映射:气候变化与预测
NCCS生成的数据推动了不同重要研究和政策文件的起草工作。
这一数据使人们能够就我们星球的气候变化影响进行更知情的对话,并有助于决策机构针对气候预测制定出适用战略与行动。例如,该数据已被用于气候变化专门委员会(IPCC)推出的评估报告。NCCS从事和NASA科学可视化工作室观测的数据模拟,介绍了IPCC第五次评估报告提出的气候模型,对气候和降雨预计在整个21世纪的变化方式做了说明。
于2005年袭击了美国墨西哥湾沿岸的卡特里娜飓风突显了准确预报的重要性。虽然它造成了巨大损失,但要不是预警预报给人们留出了适当准备时间,损失就会严重得多。如今,NCCS的超级计算机主要负责GMAO全球环流建模,其分辨率比卡特里娜飓风时提高了10倍,因而能够更准确地观察飓风内部,并有助于对其强度和规模做出更精确的估计。这意味着气象学家能够更深入地了解飓风的走向及其内部活动,这对于就卡特里娜飓风这类极端天气做出成功规划和准备至关重要。
此外,观测系统模拟试验(OSSE)还利用全球气候模型的输出成果模拟NASA提出的下一代遥感平台,从而向科学家和工程师提供了虚拟地球,以便在制作新的感应器或卫星之前研究大气遥测的新优势。
未来的气候变化数据
数据是NASA的主要产品。卫星、仪表、计算机甚至人员都可能频繁进出NASA,但数据尤其是地球观测数据具有永驻价值。因此,NASA必须不仅让其他NASA的站点和科学家,而且要让全球都用上它生成的数据。
仅时时生成的数据量就构成了一大挑战。在研究系统的科学家都难以使用数据集的今天,NASA以外的人们获得可用数据更是难上加难。因此,我们开始研究创建一项气候分析服务(CAaaS),将高性能计算、数据和应用编程接口(API)相结合,以便为在现场与数据共同运行的分析程序提供接口。换句话说,用户可就他们关心的问题提问,并利用NASA系统的运行进行分析,随后将分析结果返回用户。由于分析结果的规模小于生成它的原始数据,这一系统将减少经不同网络传送的数据量,而更重要的是,API可以大大减少用户和数据间的摩擦。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 一、数据处理概述 定义: 在正式开展数据分析之前,对原始采集的数据进行整理、修正、加工和精 ...
2026-11-06一、为什么数据要先标准化 拿到一份数据,各列的量纲往往完全不同:年龄单位是"岁"(约 20~60),收入单位是"元"(几千到几万) ...
2026-11-06一、为什么 Python 成了统计分析的主流工具 十年前做统计分析,主流选择是 SPSS、SAS、Stata。现在越来越多的研究者、分析师转向 ...
2026-11-06核心资源推荐 CDA教材(2025):https://edu.cda.cn/goods/show/3151CDA模拟题(2025):https://edu.cda.cn/goods/show/2845CD ...
2026-11-06核心资源推荐 CDA教材(2025):https://edu.cda.cn/goods/show/3151CDA模拟题(2025):https://edu.cda.cn/goods/show/2845CD ...
2026-11-06“大学生必备证书有哪些”最容易被答成一张越长越好的清单。但校招筛选的真实逻辑是:证书要对应你投的岗位任务,并且在校期间确 ...
2026-11-05大学期间能报的证书,先别急着看“含金量榜单”。更实用的第一步是问:我现在这个身份、这个学历,符合报考条件吗? 很多证书宣 ...
2026-11-05大学期间能考的证书很多,但真正需要先回答的是两个问题:当前有没有报考资格,以及这张证书对应什么岗位任务。 前者决定你能不 ...
2026-11-05先把结论说清楚:真正“只有在校大学生能考、毕业就彻底没资格”的证书数量不多,主要集中在语言类考试的部分专项、面向高校学生 ...
2026-11-05上班族问“考什么证书有用”,真正要解决的不是找一张“最值钱”的证,而是判断哪张证能嵌进你现有的岗位任务。同样一张证书,做 ...
2026-11-05职称证书不是统一的考试项目。同样“考职称”,经济、会计、统计、审计、软考走全国统一考试,工程、教师、卫生等系列多数走评审 ...
2026-11-0533岁选证书,最怕两件事:一是被“适合女生”的清单带着走,考完发现岗位用不上;二是投入大半年,报名时才发现学历、专业或工作 ...
2026-11-05“女生容易考的证书”这个问题,真正难的不是找一份名单,而是判断“容易”到底指什么。报名条件宽松、考试通过率高、拿证后能找 ...
2026-11-05“女生适合考什么证书”这类搜索,背后往往是同一个困惑:网上榜单太多,口径却说不清楚。有人把培训证书和职业资格混在一起排, ...
2026-11-05先把结论说清楚:没有一张证书对所有人都“又好考又实用”。同一个证,对在校生可能报名门槛都过不了,对有三年工作经验的人却只 ...
2026-11-05“考证书有哪些”这个问题,如果只想要一份名单,网上能搜到成百上千个。但真正有用的答案不是“有哪些”,而是“它们分别是什么 ...
2026-11-05“考什么证好一点”这句话,十个人问可能有十个意思。有人想问哪个证容易过,有人想知道哪个证找工作管用,还有人关心哪个证长期 ...
2026-11-05“考哪些证书最吃香”很难用一张榜单回答。同一张证书,在有的岗位是硬门槛,在另一些岗位只是加分项;对在校生和在职者的价值也 ...
2026-11-05家庭主妇能考的证书不少,但真正值得花时间的,不是“哪个证热门”,而是先确认你当前能不能报,再按每周可投入时间和未来出口缩 ...
2026-11-05“国家认证的职业技能证书”并不是某一本证书的正式名称,而是一句被大量使用的宣传口径。它可能指向人社部门的国家职业资格、备 ...
2026-11-05