211service.com
Hur två nya superdatorer ska förbättra väderprognoserna
Var och en av uppgraderingarna från US National Weather Service är storleken på 10 kylskåp, har en kapacitet på 12,1 petaflops och kommer att hjälpa till att förutsäga stormar som förvärras av klimatförändringarna.
27 oktober 2021
Daniel Zender
När orkanen Michael landade på Floridas Gulf Coast i oktober 2018 var det en kategori 5-storm, med vindhastigheter över 150 miles per timme. US National Hurricane Center hade initialt förutspått att de skulle nå mindre än hälften.
Michael gick igenom en process som kallas snabb intensifiering, där en orkan utvecklar massivt högre vindhastigheter på kort tid. Och experterna såg det inte komma.
Den här historien var en del av vårt novembernummer 2021
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Att förutsäga kaoset som är centrum för en orkan, och förstå hur stormar förstärks, är fortfarande en utmaning för prognosmakare. Men beväpnade med bättre modeller och mer erfarenhet förutspådde de exakt att orkanen Ida, som drabbade New Orleans i september i år, snabbt skulle intensifieras, även om stormen förstärktes ännu mer än de hade förväntat sig.
Superdatorer har varit en del av dessa förbättringar när det gäller att förutsäga var, när och hur stormar kan slå till. Och i slutet av 2021 kommer US National Weather Service (NWS) att ta emot två helt nya superdatorer. Dess en uppgradering de hoppas kommer att fortsätta den stadiga marschen mot mer exakta prognoser, vilket kommer att bli ännu viktigare när klimatförändringarna fortsätter att underblåsa mer intensiva stormar.
Byrån kommer att använda de nya maskinerna i operativa prognoser - systemet som prognosmakare använder för att göra förutsägelser som de på nattnyheterna. När byrån har granskat dem fullständigt, förmodligen i juli 2022, borde de nya superdatorerna hjälpa meteorologer att bättre förutsäga allt från risken för regn i Denver till oddsen att en orkan kommer att drabba Miami.
Varje superdator (en i Virginia och en i Arizona, så det finns alltid en backup) är ungefär lika stor som 10 kylskåp och har en kapacitet på 12,1 petaflops. Flops står för flyttalsoperationer per sekund, så 12,1 petaflops betyder att superdatorerna kan göra drygt 12 kvadriljonberäkningar varje sekund. Det är en enorm uppgradering - nästan tre gånger så stor som det gamla systemet - och kommer att kosta ungefär $300 miljoner till $500 miljoner under det kommande decenniet.
Tidigt i min karriär, många gånger skulle saker slå till utan förvarning, eftersom tekniken inte var så bra, och varningarna var inte alltid så exakta, säger Stefkovich. Det ser man inte lika mycket längre.
Uppgraderingar av datorkapacitet är en stor del av de senaste förbättringarna i prognoser för orkanväg och intensitet, säger Michael Brennan , chef för orkanspecialistenheten vid National Hurricane Center.
Prognoser som de som Brennans team släpper görs av människor som sorterar igenom olika modeller och bestämmer hur informationen ska syntetiseras.
Prognoser av orkanvägar har blivit stadigt mer exakta under de senaste 30 åren i takt med att storskaliga vädermodeller, och datorerna som kör dem, har förbättrats. Genomsnittliga fel i förutsägelser om orkanvägar sjönk från cirka 100 miles 2005 till cirka 65 miles 2020. Skillnaden kan tyckas liten när stormar kan vara hundratals mil breda, men när det gäller att förutsäga var de värsta effekterna från en orkan kommer att träffa, varje liten vickning spelar roll, säger Brennan.
Att förstå och förutsäga orkaners intensitet har varit mer utmanande än att förutsäga deras vägar, eftersom styrkan hos en orkan drivs av mer lokala faktorer, som vindhastighet och temperatur i mitten av en storm. Ändå har intensitetsprognoserna också börjat förbättras under det senaste decenniet. Fel i intensitetsprognosen inom 48 timmar minskade med 20 % till 30 % mellan 2005 och 2020.
Kraftfulla förutsägelser
När man bygger modeller för att förutsäga något så komplicerat som vädret är det lätt att suga upp ytterligare datorresurser, säger Brian Gross , direktör för NWS Environmental Modeling Center.
Var och en av NWS superdatorer, med 12,1 petaflops, är cirka 150 000 gånger kraftfullare än en vanlig bärbar dator.
Modeller kan dra nytta av datorkraft på flera sätt, och varje modell kan snabbt dra upp enorma mängder kapacitet. En modell kan bli mer komplex genom att smälta mer information eller genom att använda mer komplicerad fysik för att bättre representera världen. I en vädermodell kan detta betyda mer detaljer om processer i havet när man överväger frekvensen av orkaner.
Mer datorkraft kan också göra det möjligt för en modell att bli mer geografiskt exakt. Vädermodeller fungerar genom att dela upp jordklotet i en massa bitar och försöka beräkna vad som kommer att hända i var och en av dem. En modell med högre upplösning kommer att dela upp världen i mindre fragment, vilket innebär att det finns fler av dem att ta hänsyn till.
Slutligen kan forskare sätta ihop vad som kallas en ensemblemodell, som de kör så många som 20 eller 30 gånger. Var och en av dessa körningar utförs under lite olika förhållanden för att se hur förutsägelserna skiljer sig åt. Resultaten räknas sedan ihop och betraktas tillsammans.
Relaterad berättelse
Vi bad Bill Gates, nobelpristagare och andra att nämna det mest effektiva sättet att bekämpa klimatförändringarna Deras svar inkluderade stigande kolpriser, lagringsgenombrott, en fusion moonshot och mer.
Du har förmodligen sett ensemblemodeller i orkanförutsägelser. Tänk på en storm som startar i Atlanten. Om en ensembleprognos innehåller en mängd olika resultat, med stormen på väg till Texas i vissa och längs östkusten i andra, har den många rimliga vägar. Men om ensemblemedlemmarna alla visar stormen som slår mot Floridas Gulf Coast, kan prognosmakare vara mer säkra på var den kommer att landa.
Tidigare uppgraderingar av superdatorer har lett till förbättringar på flera områden för vissa modeller, som för allround Global Ensemble Forecast System (GEFS). Under 2018, förra gången systemet uppgraderades, ökade NWS sin upplösning från 34 kilometer till 25 kilometer och antalet modeller i ensemblen från 21 till 31.
Förändringarna, och den resulterande prognosnoggrannheten, har gjort livet lättare för tjänstemän som Jim Stefkovich , en meteorolog för Alabama Emergency Management Agency som hjälper tillståndsregeringen att förbereda sig för väderrisker. Tidigt i min karriär, många gånger skulle saker slå till utan förvarning, eftersom tekniken inte var så bra, och varningarna var inte alltid så exakta, säger Stefkovich. Det ser man inte lika mycket längre.
Men även idag är signaler från väderprognosmakare inte alltid tydliga för allmänheten, som kanske inte är inställda för varje storm, eller kanske inte förstår skillnaden mellan en stormvakt (farliga förhållanden förväntas) och en stormvarning (de' har redan observerats). Om folk inte vet hur de ska reagera, kommer en bättre prognos inte att hjälpa dem att hålla sig säkra, säger Stefkovich.
Det här hände under Ida, säger han. Prognoserna för stormens väg och dess styrka var korrekta några dagar innan. Men delvis på grund av dålig kommunikation, förlorade dussintals människor livet och miljoner tappade ström eller såg sina hem eller bilar skadade.
Klimatförändringar innebär att risken för extremt väder sannolikt kommer att bli värre. Prognosmakare hoppas att bättre förutsägelser, kommunicerade på rätt sätt, kan hjälpa människor att fatta bättre beslut när stormarna kommer.