211service.com
Förutsäger Rita
Direktören för National Oceanic and Atmospheric Administrations prognoslabb säger att den federala regeringen fortfarande delvis förlitar sig på datormodeller designade för mycket större vädersystem för att förutsäga vad orkaner kommer att göra.
Alexander E. (Sandy) MacDonald, chef för NOAA:s Forecast Systems Laboratory i Boulder, CO, säger att en mer exakt modell är på gång som skulle möjliggöra skarpare förutsägelser.
Men att förbereda den för distribution kommer att kräva mer beräknings- och forskningspengar. Vi har en väg att gå, säger han till Technology Reviews chefskorrespondent, David Talbot, som intervjuade honom den här veckan.
TR: Katrina-prognosen var extremt exakt, men Rita hamnade längre norrut än vad som ursprungligen förutspåtts. Detta innebar att evakueringen av Houston kanske inte var lika nödvändig som evakueringen av New Orleans. Användes inte samma datormodeller för båda prognoserna?
AM: Prognosmakare använder så många som tio olika modeller – det kallas en modellensemble – för att försöka avgöra hur orkanspåret och intensiteten kommer att bli. Det är ungefär som att du ringer tio aktiemäklare och säger Vilken är den bästa aktien? Du använder all den informationen för att komma fram till den bästa prognosen. Orkanen Katrina var en mycket exakt prognos, delvis för att modellerna var mycket exakta. För orkanen Rita var modellerna ganska varierande i sina förutsägelser, så det var en svårare prognos. Detta visade oss att vi fortfarande har förbättringar att göra på modellerna.
TR: Vad beror på att modellerna kom överens med Katrina mer än för Rita?
AM: De olika nivåerna av atmosfärisk stabilitet. En orkan kan fastna mellan två högtryckssystem, vilket skapar en stabil ränna. En instabil situation är att det inte finns någon ränna - det finns bara ett slags öppet område utan högtryckssystem, och orkanen kan gå vilken riktning den vill. Katrina var mer instängd – den fick gå åt det hållet den skulle. Rita var beroende av ganska små skillnader i trycket runt om vilken väg det skulle gå.
TR: Att förbättra modeller börjar med att samla in mer orkandata. Hur kan detta förbättras?
AM: Just nu får vi mätningar av en orkan var sjätte timme med ett bemannat plan som bär droppsonder – liknande väderballonger, förutom att de mäter vindar, temperatur och tryck när de faller från planet till ytan. Men du kan faktiskt ha ett obemannat flygplanssystem, en UAS, som åker längs över orkanens öga, på 65 000 fot, och det kan släppa en droppsonde varje timme, vilket ger nästan kontinuerliga mätningar i mitten av stormen. Det är något vi inte kan göra nu. UAS kan ha instrument, antingen mikrovågsugn eller radar, som kontinuerligt kan berätta för oss ytvindarna baserat på vågorna och andra havsignaturer. Det är ett exempel på något som skulle vara möjligt.
UAS är ett verktyg, men det finns ett antal andra: fler bojar med väder- och havssensorer på vattenytan, fler bemannade flygplan, bättre användning av satelliter. Vi skulle också kunna använda Doppler-radar på de bemannade flygplanen för att mäta vindstrukturen i orkanens ögonvägg, som kan infogas i modellen för att förbättra förutsägelsen.
TR: Du nämner dynamiken i ögat och ögonväggen. Hur väl förstås denna dynamik?
AM: Orkaner kan förändras ganska snabbt, vända i en annan riktning eller gå från en kategori 4 till en 1. Orkaner kommer att gå igenom ögonväggscykler. När de nya ögonväggarna växer och ersätter gamla ögonväggar ser vi dessa typer av intensitetsförändringar. Ögonväggen är där du får 150-200 mph vindar. Någon beskrev orkanen Andrew som en 30 mil bred tornado. Så vi vill att våra modeller ska införliva ögonväggsdynamiken korrekt. Vi förstår inte allt som orsakar ögonväggscykler; om vi ska förutsäga dem vill vi kunna se kortsiktiga förändringar. Om vi vill lära oss vad som orsakar dem måste vi göra fler mätningar. Vi har en hel del att gå. Det finns massor av saker vi kan göra för att förbättra noggrannheten – som bättre modeller, inte bara av vart orkanen är på väg, utan av var stormfloden kommer att träffa.
TR: Mer data och högre upplösning betyder fler datorkrafter, eller hur?
AM: Fram till de senaste åren byggdes väderprognosmodeller för geografiskt stora stormar, som de vanliga lågtryckssystemen vi ser på väderkartorna. De löste inte det viktigaste vädret, som tropiska stormar och åskväder. Just nu testar vi nya orkanmodeller, som inte används ännu, som körs med upplösningar så höga som 1 till 4 km (jämfört med de nuvarande globala modellerna som körs med 40 km rutnät), och som har mycket mer realistisk orkandynamik. Men för att kunna köra dessa behöver vi större, snabbare datorer. De borde hjälpa till att förbättra orkanprognoserna.
TR: Vi försöker förutsäga orkaner med modelleringsverktyg avsedda att förutsäga större vädersystem?
AM: Vi har en modell utvecklad speciellt för orkaner som används som en av de operativa ensemblemodellerna. Den utvecklades i början av 1990-talet av NOAA:s Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, men den har lägre upplösning och rymmer inte några av de avgörande fysiska processerna. Eftersom modelleringstekniker och datorhastigheter har ökat, utvecklar vi en ny modell som kallas Hurricane Weather Research and Forecast-modellen.
TR: Hur mycket beräkning har du och vad behöver du exakt?
AM: Det operativa väderförutsägelsesystemet är en IBM massivt parallell superdator i Washington DC-området, vid National Weather Service National Center for Environmental Prediction. En vädermodell använder vanligtvis 500 till 1 000 processorer parallellt. En snabbare dator är avgörande, för då kan du representera den verkliga dynamiken i en orkan. För att representera vad som händer i ögonväggen behöver du en väldigt högupplöst modell och en väldigt snabb dator.
TR: Fördelarna verkar uppenbara – skärpta förutsägelser kan rädda liv och undvika onödiga evakueringar.
AM: De brukade alltid säga att enbart en evakuering kostar en miljon dollar per mil. Om du varnar 50 miles av kusten kommer det att kosta 50 miljoner dollar. Jag tror att det var före Katrina. Vi kommer att titta på Rita och Katrina och säga att de kostar kanske så mycket som 10 miljoner dollar per mil, och vi kommer att behöva mycket högre noggrannhet. En varning om 100 miles av kustlinjen skulle kosta 1 miljard dollar. Det finns massor av saker vi kan göra för att förbättra vår prognos så att vi kan förbättra vår evakueringsnoggrannhet.
TR: Vad spenderar den federala regeringen på orkanprognoser nu och vad behövs?
AM: Vi lägger totalt cirka 50 miljoner dollar på allt från orkancentret till modellerna. Jag tror att om du verkligen sa Du vet, det här är ett extraordinärt problem som kommer att kosta, som Katrina gjorde, 100 miljarder dollar, så skulle du vilja spendera ytterligare ett par hundra miljoner per år för att verkligen förbättra så snabbt som möjligt.