富士通有限公司和橫濱國立大學宣布，利用先進的超級計算技術實現了世界上第一個與臺風相關的多場臺風相關龍卷風的實時預測，顯著提高了備災能力。

這項新技術利用優化的大規模并行處理，以及增強的云解析風暴模擬器 （CReSS），這是由 Kazuhisa Tsuboki 教授在富士通富岳超級計算機上開發的天氣模擬器。這允許對大規模臺風和較小規模的龍卷風進行單一的高分辨率模擬，從而獲得準確、實時的預測。

圖 1：2024 年 10 號臺風的模擬結果，顯示降雨量（左）和風速（右）。右側的紅色圓圈突出顯示了強旋風區域。

此前，在模擬 2024 年 8 月襲擊日本九州地區的 10 號臺風龍卷風時，預測龍卷風是否會發生需要 11 個多小時，因此預測不切實際適用。這項技術能夠將預測時間大幅縮短到 80 分鐘，使兩個合作伙伴能夠提前 4 小時預測龍卷風的發生。這種預測計算僅使用了 Fugaku 計算資源的 5%，這表明未來有可能進行更大規模、更快的預測。

雙方將在 2024 財年內向研究界發布增強的 CReSS，從而顯著改進對惡劣天氣事件的預測并加強減災工作。

日本大約 20% 的龍卷風與臺風一起發生。為了應對日益嚴重的龍卷風破壞，日本于 2008 年開始發布龍卷風警報。然而，與可以高精度預測的降水等天氣現象相比，龍卷風由于其規模小、持續時間短而難以預測。龍卷風警報目前的有效期約為 1 小時，并且需要更長的警報期。

富士通和橫濱國立大學于 2022 年 11 月啟動了一項聯合研究項目，旨在解決與全球變暖加劇的日益嚴重的臺風相關的社會挑戰。這項合作是在富士通小型研究實驗室的“富士通-橫濱國立大學臺風科學技術研究中心合作研究實驗室”下進行的，重點是了解臺風形成機制，并加速和提高臺風預測模擬的準確性。

圖 2：2024 年與 10 號臺風相關的龍卷風復制（20 公里 x 20 公里）。紅色區域代表強烈的旋轉風，可能是龍卷風，而白色區域代表其上方的旋轉云。此可視化是由橫濱國立大學使用 VAPOR 天氣可視化工具創建的。

CReSS 天氣模擬器基于從云尺度（水平 50 米至 2,000 米）到中尺度（水平 2 公里至 2,000 公里）的高精度天氣模擬，準確模擬產生龍卷風的超級單體雷暴的形成和發展。然而，CReSS 的原始設計并不適合臺風相關龍卷風預測所需的大規模并行處理（數千個節點），導致并行計算時間過長，不適合實時預測。

為了解決這個問題，開發了 CReSS 的輕量級版本，在保持必要的預測準確性的同時，顯著降低了計算需求。此外，還采用了富士通的大規模并行處理技術，優化了富岳服務器網絡結構的仿真處理映射，并實現了計算和文件輸出的重疊執行。這大大縮短了 Fugaku 的仿真時間，使預測結果比以前快得多。

使用 CReSS 對 2024 年 8 月在日本九州造成龍卷風破壞的 10 號臺風的富岳 8,192 個節點進行了預測實驗。利用包括溫度、壓力、濕度、風向和速度在內的 3D 空間數據，模擬成功再現了九州東海岸發生的多場龍卷風。圖 1 顯示了整個臺風的模擬結果，而圖 2 顯示了九州東海岸 20 公里 x 20 公里區域的風和云運動，清楚地顯示了多個龍卷風的形成。

“我們很高興與大家分享我們與橫濱國立大學合作研究的重要成果，該項目為期兩年多，”富士通有限公司執行副總裁兼富士通研究負責人 Seishi Okamoto 評論道。“這一成功將進一步推動我們專業知識和技術的整合。通過推進臺風發展預測和預測模擬的研究，我們的目標是幫助減輕與天氣相關的災害并減輕其影響，為全球環境解決方案做出貢獻，這是富士通的關鍵重要課題之一。

為了加快對包括臺風在內的氣象災害的研究，富士通和橫濱國立大學計劃在本財年內公開發布大規模并行版本的 CReSS。此外，基于這些成就，兩家公司將努力利用 AI 技術進一步提高速度和預測準確性。通過這些努力，我們將為解決全球環境問題做出貢獻，這是富士通的關鍵重要性主題之一。