211service.com
Jak dva nové superpočítače zlepší předpovědi počasí
Každý z upgradů provedených americkou národní meteorologickou službou má velikost 10 ledniček, má kapacitu 12,1 petaflopů a pomůže předpovídat bouře zhoršené změnou klimatu.
27. října 2021
Daniel Zender
Když hurikán Michael v říjnu 2018 dopadl na pobřeží Mexického zálivu na Floridě, byla to bouře kategorie 5 s rychlostí větru přes 150 mil za hodinu. Americké Národní centrum pro hurikány původně předpovídalo, že dosáhnou méně než poloviny.
Michael prošel procesem zvaným rychlá intenzifikace, kdy hurikán vyvine v krátké době masivně vyšší rychlost větru. A odborníci to neviděli.
Tento příběh byl součástí našeho vydání z listopadu 2021
- Viz zbytek čísla
- předplatit
Předpovídat chaos, který je středem hurikánu, a pochopit, jak bouře sílí, je pro prognostiky stále výzvou. Ale vyzbrojeni lepšími modely a více zkušenostmi přesně předpověděli, že hurikán Ida, který letos v září zasáhl New Orleans, rychle zesílí, ačkoli bouře zesílila ještě více, než čekali.
Superpočítače byly součástí těchto vylepšení v předpovídání, kde, kdy a jak mohou bouře zasáhnout. A do konce roku 2021 obdrží americká Národní meteorologická služba (NWS) dva zcela nové superpočítače. Své upgrade doufají, že budou pokračovat ve stálém pochodu směrem k přesnějším předpovědím, které se stanou ještě důležitějšími, protože změna klimatu bude nadále podporovat intenzivnější bouře.
Agentura bude používat nové stroje v operačním předpovídání – systém, který prognostici používají k předpovědím, jako jsou ty v nočních zprávách. Jakmile je agentura plně prověří, pravděpodobně v červenci 2022, nové superpočítače by měly pomoci meteorologům lépe předpovídat vše od možnosti deště v Denveru až po pravděpodobnost, že Miami zasáhne hurikán.
Každý superpočítač (jeden ve Virginii a jeden v Arizoně, takže vždy existuje záloha) je velký asi jako 10 ledniček a má kapacitu 12,1 petaflops. Flops znamená operace s plovoucí desetinnou čárkou za sekundu, takže 12,1 petaflops znamená, že superpočítače mohou každou sekundu provést něco málo přes 12 kvadrilionů výpočtů. Je to obrovský upgrade – téměř trojnásobek velikosti starého systému – a v příštím desetiletí bude stát zhruba 300 až 500 milionů dolarů.
Na začátku mé kariéry se často věci staly bez varování, protože technologie nebyla tak dobrá a varování nebyla vždy tak přesná, říká Stefkovich. To už tolik nevidíte.
Inovace výpočetní kapacity jsou velkým dílem nedávných zlepšení v předpovědích dráhy a intenzity hurikánů, říká Michael Brennanová , vedoucí jednotky specialistů na hurikány v National Hurricane Center.
Předpovědi, jako jsou ty, které zveřejnil Brennanův tým, jsou vytvářeny lidmi, kteří třídí různé modely a rozhodují se, jak syntetizovat informace.
Projekce cest hurikánů se za posledních 30 let stále zpřesňovaly, protože se zdokonalovaly velké modely počasí a počítače, které je provozují. Průměrné chyby v předpovědích dráhy hurikánů klesly z přibližně 100 mil v roce 2005 na přibližně 65 mil v roce 2020. Rozdíl se může zdát malý, když bouře mohou být stovky mil široké, ale pokud jde o předpovědi, kde hurikán zasáhne nejhorší následky, na každém malém zavrtění záleží, říká Brennanová.
Pochopení a předpovídání intenzity hurikánů bylo náročnější než předpovídání jejich dráhy, protože síla hurikánu je řízena více lokálními faktory, jako je rychlost větru a teplota v centru bouře. Předpovědi intenzity se však v posledním desetiletí také začaly zlepšovat. Chyby v předpovědi intenzity během 48 hodin se mezi lety 2005 a 2020 snížily o 20 % až 30 %.
Posilování předpovědí
Při vytváření modelů pro předpovídání něčeho tak složitého, jako je počasí, je snadné vysát další počítačové zdroje, říká Brian Gross , ředitel Centra environmentálního modelování NWS.
Každý ze superpočítačů NWS je s rychlostí 12,1 petaflops asi 150 000krát výkonnější než běžný notebook.
Modely mohou těžit z výpočetního výkonu několika způsoby a každý model může rychle využít obrovské množství kapacity. Model se může stát složitějším tím, že stráví více informací nebo použije složitější fyziku k lepší reprezentaci světa. V modelu počasí to může znamenat více podrobností o procesech v oceánu, když vezmeme v úvahu frekvenci hurikánů.
Větší výpočetní výkon může také umožnit, aby byl model geograficky přesnější. Modely počasí fungují tak, že rozdělují zeměkouli na několik částí a snaží se vypočítat, co se v každém z nich stane. Model s vyšším rozlišením rozdělí zeměkouli na menší fragmenty, což znamená, že jich je třeba vzít v úvahu.
Nakonec mohou výzkumníci dát dohromady to, čemu se říká souborový model, který spustí až 20 nebo 30krát. Každý z těchto běhů se provádí za mírně odlišných podmínek, abyste viděli, jak se liší předpovědi. Výsledky se pak sečtou a posoudí společně.
Související příběh
Požádali jsme Billa Gatese, laureáta Nobelovy ceny a další, aby jmenovali nejúčinnější způsob boje proti změně klimatu Jejich odpovědi zahrnovaly rostoucí ceny uhlíku, průlomy v oblasti skladování, fúzní měsíc a další.
Pravděpodobně jste viděli modely souborů v předpovědích hurikánů. Představte si bouři, která začíná v Atlantském oceánu. Pokud souhrnná předpověď obsahuje širokou škálu výsledků, přičemž bouře míří v některých do Texasu a v jiných obchází východní pobřeží, má mnoho věrohodných cest. Pokud ale všichni členové souboru ukážou, jak bouře zasáhla floridské pobřeží Mexického zálivu, prognostici si mohou být jistější, kde přistane.
Předchozí upgrady superpočítačů vedly u některých modelů ke zlepšení v mnoha oblastech, jako je univerzální Global Ensemble Forecast System (GEFS). V roce 2018, kdy byl systém naposledy upgradován, NWS zvýšilo rozlišení z 34 kilometrů na 25 kilometrů a počet modelů v souboru z 21 na 31.
Změny a výsledná přesnost předpovědi usnadnily život úředníkům, jako je Jim Stefkovich , meteorolog pro Alabama Emergency Management Agency, který pomáhá státní vládě připravit se na povětrnostní rizika. Na začátku mé kariéry se často věci staly bez varování, protože technologie nebyla tak dobrá a varování nebyla vždy tak přesná, říká Stefkovich. To už tolik nevidíte.
Ale ani dnes nejsou signály předpovědí počasí pro veřejnost vždy jasné, což nemusí být naladěno pro každou bouřku, nebo nemusí chápat rozdíl mezi hlídkou bouřky (očekávají se nebezpečné podmínky) a výstrahou před bouří (oni již byly pozorovány). Pokud lidé nevědí, jak reagovat, lepší předpověď jim skutečně nepomůže zůstat v bezpečí, říká Stefkovich.
To se stalo během Idy, říká. Předpovědi dráhy bouře a její síly byly přesné před několika dny. Částečně však kvůli špatné komunikaci přišly o život desítky lidí a miliony lidí ztratily elektřinu nebo byly poškozeny své domovy nebo auta.
Změna klimatu znamená, že riziko extrémního počasí se pravděpodobně zhorší. Prognostici doufají, že lepší předpovědi, komunikované správným způsobem, mohou lidem pomoci lépe se rozhodovat, když přijdou bouře.