211service.com
Hvordan to nye superdatamaskiner vil forbedre værmeldingene
Hver av oppgraderingene fra US National Weather Service er på størrelse med 10 kjøleskap, har kapasitet til 12,1 petaflops, og vil bidra til å forutsi stormer som blir verre av klimaendringer.
27. oktober 2021
Daniel Zender
Da orkanen Michael kom i land på Gulf Coast of Florida i oktober 2018, var det en kategori 5-storm, med vindhastigheter over 150 miles per time. US National Hurricane Center hadde i utgangspunktet spådd at de ville nå mindre enn halvparten.
Michael gikk gjennom en prosess kalt rask intensivering, hvor en orkan utvikler massivt høyere vindhastigheter på kort tid. Og ekspertene så det ikke komme.
Denne historien var en del av november 2021-utgaven vår
- Se resten av saken
- Abonnere
Å forutsi kaoset som er sentrum for en orkan, og å forstå hvordan stormer forsterker seg, er fortsatt en utfordring for spåmenn. Men bevæpnet med bedre modeller og mer erfaring spådde de nøyaktig at orkanen Ida, som rammet New Orleans i september i år, raskt ville forsterkes, selv om stormen forsterket seg enda mer enn de hadde forventet.
Superdatamaskiner har vært en del av disse forbedringene i å forutsi hvor, når og hvordan stormer kan ramme. Og innen utgangen av 2021 vil US National Weather Service (NWS) motta to splitter nye superdatamaskiner. Det er en oppgradering de håper vil fortsette den jevne marsjen mot mer nøyaktige prognoser, som vil bli enda viktigere ettersom klimaendringene fortsetter å gi næring til mer intense stormer.
Byrået vil bruke de nye maskinene i operasjonelle prognoser - systemet som prognosemakere bruker for å lage spådommer som de på nattnyhetene. Når byrået har undersøkt dem fullt ut, sannsynligvis i juli 2022, bør de nye superdatamaskinene hjelpe meteorologer bedre å forutsi alt fra sjansen for regn i Denver til oddsen for at en orkan vil ramme Miami.
Hver superdatamaskin (en i Virginia og en i Arizona, så det er alltid en sikkerhetskopi) er omtrent på størrelse med 10 kjøleskap og har en kapasitet på 12,1 petaflops. Flops står for flytende punktoperasjoner per sekund, så 12,1 petaflops betyr at superdatamaskinene kan gjøre litt over 12 kvadrillioner beregninger hvert sekund. Det er en enorm oppgradering – nesten tre ganger så stor som det gamle systemet – og vil koste omtrent 300 til 500 millioner dollar i løpet av det neste tiåret.
Tidlig i min karriere, mange ganger ville ting slå til uten forvarsel, fordi teknologien ikke var så bra, og advarslene var ikke alltid så nøyaktige, sier Stefkovich. Du ser det ikke så mye lenger.
Oppgraderinger av datakapasitet er en stor del av nylige forbedringer i prognoser for orkanbane og intensitet, sier Michael Brennan , leder for orkanspesialistenheten ved National Hurricane Center.
Prognoser som de som Brennans team gir ut er laget av mennesker som sorterer gjennom ulike modeller og bestemmer hvordan de skal syntetisere informasjonen.
Projeksjoner av orkanstier har blitt stadig mer nøyaktige de siste 30 årene ettersom storskala værmodeller, og datamaskinene som kjører dem, har blitt bedre. Gjennomsnittlige feil i spådommer om orkanstier falt fra omtrent 100 miles i 2005 til omtrent 65 miles i 2020. Forskjellen kan virke liten når stormer kan være hundrevis av miles brede, men når det gjelder å forutsi hvor de verste effektene fra en orkan vil ramme, hver liten vrikk betyr noe, sier Brennan.
Å forstå og forutsi orkaners intensitet har vært mer utfordrende enn å forutsi deres veier, siden styrken til en orkan er drevet av flere lokale faktorer, som vindhastighet og temperatur i sentrum av en storm. Likevel har intensitetsspådommer også begynt å bli bedre det siste tiåret. Feil i intensitetsprognosen innen 48 timer gikk ned med 20 % til 30 % mellom 2005 og 2020.
Styrker spådommer
Når man bygger modeller for å forutsi noe så komplisert som været, er det lett å suge opp ekstra dataressurser, sier Brian Gross , direktør for NWS Environmental Modeling Center.
Hver av NWS-superdatamaskinene, med 12,1 petaflops, er omtrent 150 000 ganger kraftigere enn en vanlig bærbar PC.
Modeller kan dra nytte av datakraft på flere måter, og hver modell kan raskt slurpe opp enorme mengder kapasitet. En modell kan bli mer kompleks ved å fordøye mer informasjon eller ved å bruke mer komplisert fysikk for å representere verden bedre. I en værmodell kan dette bety flere detaljer om prosesser i havet når man vurderer hyppigheten av orkaner.
Mer datakraft kan også tillate en modell å bli mer geografisk presis. Værmodeller fungerer ved å dele opp kloden i en haug med biter og prøve å beregne hva som vil skje i hver av dem. En modell med høyere oppløsning vil bryte opp kloden i mindre fragmenter, noe som betyr at det er flere av dem å vurdere.
Til slutt kan forskere sette sammen det som kalles en ensemblemodell, som de kjører så mange som 20 eller 30 ganger. Hver av disse kjøringene utføres under litt forskjellige forhold for å se hvordan spådommene varierer. Resultatene blir så talt opp og vurdert sammen.
Relatert historie
Vi ba Bill Gates, en nobelprisvinner, og andre om å nevne den mest effektive måten å bekjempe klimaendringer på Svarene deres inkluderte stigende karbonpriser, lagringsgjennombrudd, et fusion moonshot og mer.
Du har sikkert sett ensemblemodeller i orkanspådommer. Tenk på en storm som starter i Atlanterhavet. Hvis en ensemble-prognose inneholder et bredt utvalg av resultater, med stormen på vei til Texas i noen og langs østkysten i andre, har den mange plausible veier. Men hvis ensemblemedlemmene alle viser stormen som rammer Floridas Gulf Coast, kan spådommere være mer sikre på hvor den vil lande.
Tidligere superdatamaskinoppgraderinger har ført til forbedringer på flere områder for noen modeller, for eksempel all-purpose Globalt ensemble prognosesystem (GEFS). I 2018, forrige gang systemet ble oppgradert, økte NWS oppløsningen fra 34 kilometer til 25 kilometer og antall modeller i ensemblet fra 21 til 31.
Endringene, og den resulterende prognosenøyaktigheten, har gjort livet lettere for tjenestemenn som Jim Stefkovich , en meteorolog for Alabama Emergency Management Agency som hjelper delstatsmyndighetene med å forberede seg på værrisiko. Tidlig i min karriere, mange ganger ville ting slå til uten forvarsel, fordi teknologien ikke var så bra, og advarslene var ikke alltid så nøyaktige, sier Stefkovich. Du ser det ikke så mye lenger.
Men selv i dag er signaler fra værvarslere ikke alltid klare for publikum, som kanskje ikke er stilt inn for hver storm, eller som kanskje ikke forstår forskjellen mellom en stormvakt (det forventes farlige forhold) og et stormvarsel (de» har allerede blitt observert). Hvis folk ikke vet hvordan de skal reagere, vil en bedre prognose ikke hjelpe dem til å holde seg trygge, sier Stefkovich.
Dette skjedde under Ida, sier han. Prognosene for stormens vei og dens styrke var nøyaktige noen dager før. Men delvis på grunn av dårlig kommunikasjon mistet dusinvis av mennesker livet, og millioner mistet strømmen eller så hjemmene eller bilene sine skadet.
Klimaendringer betyr at risikoen for ekstremvær sannsynligvis vil bli verre. Prognosemakere håper at bedre spådommer, kommunisert på riktig måte, kan hjelpe folk til å ta bedre beslutninger når stormene kommer.