Kā divi jauni superdatori uzlabos laika prognozes

Katrs no ASV Nacionālā laikapstākļu dienesta uzlabojumiem ir 10 ledusskapju lielums, tā ietilpība ir 12,1 petaflops, un tas palīdzēs prognozēt vētras, ko pasliktinās klimata pārmaiņas.

Autors

• Keisijs Kronhārts arhīva lapa

2021. gada 27. oktobris

Daniels Zenders

Kad viesuļvētra Maikls 2018. gada oktobrī sasniedza Floridas līča piekrasti, tā bija 5. kategorijas vētra ar vēja ātrumu virs 150 jūdzēm stundā. ASV Nacionālais viesuļvētru centrs sākotnēji bija paredzējis, ka tie sasniegs mazāk nekā pusi no tā.

Maikls izgāja cauri procesam, ko sauc par strauju pastiprināšanos, kur viesuļvētra īsā laikā attīsta ievērojami lielāku vēja ātrumu. Un eksperti to neredzēja.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2021. gada novembra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Prognozēt haosu, kas ir viesuļvētras centrā, un saprast, kā vētras pastiprinās, sinoptiķiem joprojām ir izaicinājums. Taču bruņojušies ar labākiem modeļiem un lielāku pieredzi, viņi precīzi prognozēja, ka viesuļvētra Ida, kas Ņūorleānu skāra šī gada septembrī, strauji pastiprināsies, lai gan vētra pastiprinājās pat vairāk, nekā viņi bija gaidījuši.

Superdatori ir bijuši daļa no šiem uzlabojumiem, prognozējot, kur, kad un kā varētu sasniegt vētras. Un līdz 2021. gada beigām ASV Nacionālais laikapstākļu dienests (NWS) saņems divus pilnīgi jaunus superdatorus. Tas ir jauninājums viņi cer, ka turpinās vienmērīgo gājienu pretī precīzākām prognozēm, kas kļūs vēl svarīgākas, jo klimata pārmaiņas turpina izraisīt intensīvākas vētras.

Aģentūra izmantos jaunās mašīnas operatīvajā prognozēšanā — sistēmu, ko sinoptiķi izmanto, lai sniegtu tādas prognozes kā nakts ziņās. Kad aģentūra būs tos pilnībā pārbaudījusi, iespējams, 2022. gada jūlijā, jaunajiem superdatoriem vajadzētu palīdzēt meteorologiem labāk prognozēt visu, sākot no lietus iespējamības Denverā līdz iespējai, ka viesuļvētra skars Maiami.

Katrs superdators (viens Virdžīnijā un viens Arizonā, tāpēc vienmēr ir rezerves kopija) ir aptuveni 10 ledusskapju lielums, un tā jauda ir 12,1 petaflops. Flops apzīmē peldošā komata darbības sekundē, tāpēc 12,1 petaflops nozīmē, ka superdatori ik sekundi var veikt nedaudz vairāk par 12 kvadriljoniem aprēķinu. Tas ir milzīgs jauninājums — gandrīz trīskāršs vecās sistēmas izmērs — un nākamajā desmitgadē izmaksās aptuveni 300–500 miljonus USD.

Manas karjeras sākumā daudzas lietas notika bez brīdinājuma, jo tehnoloģija nebija tik laba, un brīdinājumi ne vienmēr bija tik precīzi, saka Stefkovičs. Jūs to vairs neredzat tik daudz.

Skaitļošanas jaudas uzlabojumi ir liela daļa no nesenajiem uzlabojumiem viesuļvētras ceļa un intensitātes prognozēs, saka Maikls Brennans , Nacionālā viesuļvētru centra viesuļvētru speciālistu nodaļas vadītājs.

Prognozes, piemēram, tās, kuras izdod Brennana komanda, veido cilvēki, kuri šķiro dažādus modeļus un izlemj, kā sintezēt informāciju.

Pēdējo 30 gadu laikā viesuļvētru ceļu prognozes ir kļuvušas arvien precīzākas, jo ir uzlabojušies liela mēroga laikapstākļu modeļi un datori, kas tos darbina. Vidējās kļūdas viesuļvētras ceļa prognozēs ir samazinājušās no aptuveni 100 jūdzēm 2005. gadā līdz aptuveni 65 jūdzēm 2020. gadā. Atšķirība varētu šķist neliela, ja vētras var būt simtiem jūdžu platas, bet, ja runa ir par prognozēšanu, kur skars viesuļvētras vissmagākās sekas, katrai mazai kustībai ir nozīme, saka Brennans.

Viesuļvētru intensitātes izpratne un prognozēšana ir bijusi grūtāka nekā to ceļu prognozēšana, jo viesuļvētras spēku nosaka vairāk lokālu faktoru, piemēram, vēja ātrums un temperatūra vētras centrā. Tomēr arī intensitātes prognozes pēdējā desmitgadē ir sākušas uzlaboties. Kļūdas intensitātes prognozēs 48 stundu laikā no 2005. līdz 2020. gadam samazinājās par 20% līdz 30%.

Spēcīgas prognozes

Veidojot modeļus, lai paredzētu kaut ko tik sarežģītu kā laikapstākļi, ir viegli uzņemt papildu datora resursus, saka Braiens Gross , NWS Vides modelēšanas centra direktors.

Katrs no NWS superdatoriem ar 12,1 petaflops ir aptuveni 150 000 reižu jaudīgāks par parastu klēpjdatoru.

Modeļi var gūt labumu no skaitļošanas jaudas vairākos veidos, un katrs modelis var ātri samazināt milzīgu jaudu. Modelis var kļūt sarežģītāks, apkopojot vairāk informācijas vai izmantojot sarežģītāku fiziku, lai labāk attēlotu pasauli. Laikapstākļu modelī tas varētu nozīmēt sīkāku informāciju par procesiem okeānā, ņemot vērā viesuļvētru biežumu.

Lielāka skaitļošanas jauda varētu arī ļaut modelim iegūt ģeogrāfiski precīzāku. Laikapstākļu modeļi darbojas, sadalot zemeslodi vairākos gabalos un mēģinot aprēķināt, kas notiks katrā no tiem. Augstākas izšķirtspējas modelis sadalīs zemeslodi mazākos fragmentos, kas nozīmē, ka ir jāņem vērā vairāk to.

Visbeidzot, pētnieki var izveidot tā saukto ansambļa modeli, kuru viņi izpilda pat 20 vai 30 reizes. Katrs no šiem braucieniem tiek veikts nedaudz atšķirīgos apstākļos, lai redzētu, kā prognozes atšķiras. Pēc tam rezultāti tiek apkopoti un izskatīti kopā.

Saistīts stāsts

Mēs lūdzām Nobela prēmijas laureātu Bilu Geitsu un citus nosaukt efektīvāko veidu, kā cīnīties pret klimata pārmaiņām

Viņu atbildes ietvēra pieaugošās oglekļa cenas, sasniegumus uzglabāšanā, kodolsintēzes mēness attēlu un daudz ko citu.

Jūs droši vien esat redzējuši ansambļu modeļus viesuļvētras prognozēs. Apsveriet vētru, kas sākas Atlantijas okeānā. Ja ansambļa prognoze ietver dažādus rezultātus, dažos gadījumos vētrai virzoties uz Teksasu, bet citos apceļojot austrumu krastu, tad ir daudz ticamu ceļu. Bet, ja visi ansambļa dalībnieki parādīs, ka vētra skar Floridas līča piekrasti, sinoptiķi var būt drošāki par to, kur tā piezemēsies.

Iepriekšējie superdatoru jauninājumi dažos modeļos, piemēram, universālajos modeļos, ir uzlabojuši vairākas jomas. Global Ensemble Forecast System (GEFS). 2018. gadā, kad sistēma pēdējo reizi tika modernizēta, NWS palielināja tās izšķirtspēju no 34 kilometriem līdz 25 kilometriem un modeļu skaitu ansamblī no 21 līdz 31.

Izmaiņas un no tām izrietošā prognožu precizitāte ir atvieglojusi dzīvi tādiem ierēdņiem kā Džims Stefkovičs , Alabamas Ārkārtas situāciju pārvaldības aģentūras meteorologs, kurš palīdz štata valdībai sagatavoties laikapstākļu riskiem. Manas karjeras sākumā daudzas lietas notika bez brīdinājuma, jo tehnoloģija nebija tik laba, un brīdinājumi ne vienmēr bija tik precīzi, saka Stefkovičs. Jūs to vairs neredzat tik daudz.

Bet pat mūsdienās sinoptiķu signāli ne vienmēr ir skaidri sabiedrībai, kas var nebūt noskaņoti katrai vētrai vai arī var nesaprast atšķirību starp vētras pulksteni (sagaidāmi bīstami apstākļi) un vētras brīdinājumu (tie jau ir novērots). Ja cilvēki nezina, kā reaģēt, labāka prognoze viņiem patiešām nepalīdzēs saglabāt drošību, saka Stefkovičs.

Tas notika Idas laikā, viņš saka. Prognozes par vētras ceļu un tās stiprumu bija precīzas dažas dienas iepriekš. Taču daļēji sliktas komunikācijas dēļ desmitiem cilvēku zaudēja dzīvības, un miljoniem pazuda elektrība vai tika sabojātas savas mājas vai automašīnas.

Klimata pārmaiņas nozīmē, ka ārkārtēju laikapstākļu risks, iespējams, pasliktināsies. Sinoptiķi cer, ka labākas prognozes, kas tiek paziņotas pareizā veidā, var palīdzēt cilvēkiem pieņemt labākus lēmumus vētru laikā.

paslēpties