超级单体风暴是巨大的风暴，其核心拥有强大的旋转上升气流——每四到五次这样的风暴就会产生 龙卷风。其中大多数龙卷风都很小，但有些会变得非常猛烈。为了预测那些罕见的致命龙卷风，从而提供更具针对性的预警，气象学家需要更好地理解龙卷风是如何形成的。但是，模拟一次超级单体风暴及其产生的龙卷风涉及数百太字节的数据——这个数据量是如此巨大，以至于威斯康星大学麦迪逊分校的大气科学家 Leigh Orf 不得不借助 超级计算机 来完成这项工作。
部分数据来自于风暴本身的大小（类似的超级单体风暴可以高达12英里以上）。但 Orf 需要大部分计算能力来捕捉所有细节，并以高分辨率观察整个系统。为了开始，他使用了2011年席卷俄克拉荷马州中部一场实际风暴的观测数据。然后，他创建了一个与真实风暴相似的数字版本，并以前所未有的高分辨率进行了超级单体模拟。“这是我们第一次能够窥探产生龙卷风的超级单体的内部运作，并能够观察到这个过程的发生，” Orf 说。
以下是模拟的数字 breakdown：
数据点数量：1,839,200,000
为了尽可能高分辨率地查看数字风暴，Orf 将虚拟空间划分为近20亿个部分，其中大部分是边长约100英尺的立方体。在每个部分中，超级计算机模拟了风速和风向、温度、气压、湿度和降水等因素。
使用的超级计算机核心数量：20,000
模拟所有这些部分需要大量的计算能力，尽管这只占伊利诺伊大学 Blue Waters 超级计算机约800,000个核心（或处理组件）的一小部分。Orf 使用的计算能力相当于1,250台 Mac Pro。
近似计算时间（小时）：30
尽管实际计算耗时 Blue Waters 少于一个标准工作周，但 Orf 自2012年以来一直在努力进行类似的模拟。他的结果产生了400太字节的数据——足以装满3,000多部 iPhone。这也是迄今为止最详细的龙卷风模型。“我们可以看到它内部发生的一切，” Orf 说。
估计最大风速（英里/小时）：210
启发此次模拟的龙卷风于2011年5月24日发生。它始于一次超级单体风暴，开始旋转，并最终形成了一个EF-5龙卷风，这是最强大的类别。近两个小时里，它留下了长达63英里、最宽处达1英里的路径。沿途，它剥光了树木的树皮，将汽车抛起，造成181人受伤——并导致9人死亡。
模型风暴的体积（立方英里）：69,750
为了模仿2011年风暴的条件，Orf 将模拟设置在一个三维虚拟空间块中，尺寸约为长75英里、宽75英里、高12.4英里。他通过在系统中创建上升气流来启动数字风暴。之后，计算机遵循物理定律，直到形成龙卷风。
本文最初发表于《大众科学》的“极端天气”特刊。
