At forudsige Rita

Direktøren for National Oceanic and Atmospheric Administrations prognoselaboratorium siger, at den føderale regering stadig delvist er afhængig af computermodeller designet til meget større vejrsystemer for at forudsige, hvad orkaner vil gøre.

Alexander E. (Sandy) MacDonald, direktør for NOAA's Forecast Systems Laboratory i Boulder, CO, siger, at en mere præcis model er på vej, som ville give mulighed for skarpere forudsigelser.

Men at få det klar til implementering vil kræve flere beregnings- og forskningskroner. Vi har en vej at gå, siger han til Technology Reviews chefkorrespondent, David Talbot, som interviewede ham i denne uge.

TR: Katrina-prognosen var ekstremt nøjagtig, men Rita endte længere mod nord end oprindeligt forudsagt. Dette betød, at evakueringen af ​​Houston måske ikke var så nødvendig som evakueringen af ​​New Orleans. Blev de samme computermodeller ikke brugt til begge prognoser?

ER: Prognosefolk bruger så mange som ti forskellige modeller - det kaldes et modelensemble - til at forsøge at bestemme, hvad orkansporet og intensiteten vil være. Det er ligesom, at du ringer til ti børsmæglere og siger Hvad er den bedste aktie? Du bruger alle disse oplysninger til at komme med den bedste prognose. Orkanen Katrina var en meget præcis prognose, blandt andet fordi modellerne var meget præcise. For orkanen Rita var modellerne ret vidt forskellige i deres forudsigelser, så det var en sværere forudsigelse. Dette viste os, at vi stadig har forbedringer at lave til modellerne.

TR: Hvad er årsagen til, at modellerne var mere enige med hinanden med Katrina end for Rita?

ER: De forskellige niveauer af atmosfærisk stabilitet. En orkan kan blive fanget mellem to højtrykssystemer, hvilket skaber en stabil sliske. En ustabil situation er, at der ikke er nogen sliske - der er bare et åbent område uden højtrykssystemer, og orkanen kan gå i hvilken som helst retning, den vil. Katrina var mere fanget – den skulle gå i den retning, den skulle. Rita var afhængig af ret små forskelle i presset omkring den, hvilken vej det ville gå.

TR: Forbedring af modeller starter med at indsamle flere orkandata. Hvordan kan dette forbedres?

ER: Lige nu får vi målinger af en orkan hver sjette time med et bemandet fly, der bærer dropsondes - svarende til vejrballoner, bortset fra at de måler vind, temperatur og tryk, når de falder fra flyet til overfladen. Men du kunne faktisk have et ubemandet flysystem, en UAS, køre med over orkanens øje, i 65.000 fod, og det kunne frigive en dropsonde hver time, hvilket giver næsten kontinuerlige målinger i midten af ​​stormen. Det er noget, vi ikke kan gøre nu. UAS kunne have instrumenter, enten mikrobølger eller radarer, der kontinuerligt kunne fortælle os overfladevindene baseret på bølgerne og andre havsignaturer. Det er et eksempel på noget, der ville være muligt.

UAS er ét værktøj, men der er en række andre: flere bøjer med vejr- og havsensorer på vandoverfladen, flere bemandede fly, bedre brug af satellitter. Vi kunne også bruge Doppler-radar på de bemandede fly til at måle vindstrukturen i orkanens øjevæg, som kan indsættes i modellen for at forbedre forudsigelsen.

TR: Du nævner dynamikken i øjet og øjenvæggen. Hvor godt forstås disse dynamikker?

ER: Orkaner kan ændre sig ret hurtigt, dreje i en anden retning eller gå fra en kategori 4 til en 1. Orkaner vil gennemgå øjenvægge. Efterhånden som de nye øjenvægge vokser og træder i stedet for gamle øjenvægge, ser vi disse former for intensitetsændringer. Øjevæggen er, hvor du får 150-200 mph vind. Nogen beskrev orkanen Andrew som en 30 kilometer bred tornado. Så vi ønsker, at vores modeller inkorporerer eyewall-dynamik korrekt. Vi forstår ikke alt, hvad der forårsager eyewall-cyklusser; hvis vi skal forudsige dem, ønsker vi at kunne se kortsigtede ændringer. Hvis vi vil vide, hvad der forårsager dem, er vi nødt til at tage flere målinger. Vi har et godt stykke vej at gå. Der er mange ting, vi kan gøre for at forbedre nøjagtigheden – som bedre modeller, ikke kun af hvor orkanen er på vej hen, men af ​​hvor stormfloden vil ramme.

TR: Flere data og højere opløsning betyder flere computerhestekræfter, ikke?

ER: Indtil de sidste par år blev vejrudsigelsesmodeller bygget til geografisk store storme, ligesom de standard lavtrykssystemer, vi ser på vejrkortene. De løste ikke det vigtigste vejr, såsom tropiske storme og tordenvejr. Lige nu tester vi nye orkanmodeller, der ikke er i brug endnu, som kører ved opløsninger så høje som 1 til 4 km (sammenlignet med de nuværende globale modeller, der kører med 40 km gittermasker), og som har meget mere realistisk orkandynamik. Men for at kunne køre dem har vi brug for større, hurtigere computere. De skulle hjælpe med at forbedre orkanudsigterne.

TR: Vi forsøger at forudsige orkaner med modelleringsværktøjer beregnet til at forudsige større vejrsystemer?

ER: Vi har en model udviklet specielt til orkaner, der bruges som en af ​​de operationelle ensemblemodeller. Det blev udviklet i begyndelsen af ​​1990'erne af NOAA's Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, men det har lavere opløsning og rummer ikke nogle af de afgørende fysiske processer. Da modelleringsteknikker og computerhastigheder er steget, udvikler vi en ny model kaldet Hurricane Weather Research and Forecast-modellen.

TR: Hvor meget beregning har du, og hvad har du brug for præcist?

ER: Det operationelle vejrudsigelsessystem er en IBM massivt parallel supercomputer i Washington DC-området ved National Weather Service's National Center for Environmental Prediction. En vejrmodel bruger typisk 500 til 1.000 processorer parallelt. En hurtigere computer er afgørende, for så kan du repræsentere den reelle dynamik i en orkan. For at repræsentere, hvad der sker i øjenvæggen, har du brug for en model med meget høj opløsning og en meget hurtig computer.

TR: Fordelene synes indlysende – strammere forudsigelser kan redde liv og undgå unødvendige evakueringer.

ER: De plejede altid at sige, at en evakuering alene koster en million dollars pr. Hvis du advarer 50 miles kystlinje, kommer det til at koste 50 millioner dollars. Jeg tror, ​​det var før Katrina. Vi vil se på Rita og Katrina og sige, at de måske koster så meget som 10 millioner dollars pr. mile, og vi får brug for meget højere nøjagtighed. En advarsel om 100 miles kystlinje ville koste 1 mia. Der er mange ting, vi kan gøre for at forbedre vores vejrudsigt, så vi kan forbedre vores evakueringsnøjagtighed.

TR: Hvad bruger den føderale regering på orkanprognoser nu, og hvad er der brug for?

ER: Vi satte omkring $50 millioner i alt i alt fra orkancentret til modellerne. Jeg tror, ​​at hvis du virkelig sagde, du ved, at dette er et ekstraordinært problem, der kommer til at koste, ligesom Katrina gjorde, 100 milliarder dollars, ville du bruge yderligere et par hundrede millioner om året for virkelig at forbedre sig så hurtigt som muligt.

skjule