Hvordan to nye supercomputere vil forbedre vejrudsigterne

Hver af opgraderingerne fra US National Weather Service er på størrelse med 10 køleskabe, har en kapacitet på 12,1 petaflops og vil hjælpe med at forudsige storme, der forværres af klimaændringer.

Ved

• Casey Crownhart arkiv side

27. oktober 2021

Daniel Zender

Da orkanen Michael gik i land på Gulf Coast of Florida i oktober 2018, var det en kategori 5-storm med vindhastigheder på over 150 miles i timen. US National Hurricane Center havde oprindeligt forudsagt, at de ville nå op på mindre end halvdelen.

Michael gennemgik en proces kaldet hurtig intensivering, hvor en orkan udvikler massivt højere vindhastigheder på kort tid. Og eksperterne så det ikke komme.

Denne historie var en del af vores november 2021-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

At forudsige det kaos, der er centrum for en orkan, og at forstå, hvordan storme forstærkes, er stadig en udfordring for prognosemænd. Men bevæbnet med bedre modeller og mere erfaring forudsagde de præcist, at orkanen Ida, som ramte New Orleans i september i år, hurtigt ville forstærkes, selvom stormen forstærkedes endnu mere, end de havde forventet.

Supercomputere har været en del af disse forbedringer i at forudsige, hvor, hvornår og hvordan storme kan ramme. Og ved udgangen af ​​2021 vil US National Weather Service (NWS) modtage to splinternye supercomputere. det er en opgradering de håber vil fortsætte den konstante march mod mere præcise prognoser, som vil blive endnu vigtigere, efterhånden som klimaændringer fortsætter med at give næring til mere intense storme.

Agenturet vil bruge de nye maskiner i operationel prognose - det system, som prognosemænd bruger til at lave forudsigelser som dem på de natlige nyheder. Når først agenturet har gennemgået dem fuldt ud, sandsynligvis i juli 2022, skulle de nye supercomputere hjælpe meteorologer med bedre at forudsige alt fra chancen for regn i Denver til oddsene for, at en orkan vil ramme Miami.

Hver supercomputer (en i Virginia og en i Arizona, så der er altid en backup) er på størrelse med 10 køleskabe og har en kapacitet på 12,1 petaflops. Flops står for floating point operations per second, så 12,1 petaflops betyder, at supercomputerne kan lave lidt over 12 kvadrillioner beregninger hvert sekund. Det er en enorm opgradering - næsten tredoblet størrelsen af ​​det gamle system - og vil koste omkring 300 millioner dollars til 500 millioner dollars i løbet af det næste årti.

Tidligt i min karriere ville tingene mange gange slå til uden varsel, fordi teknologien ikke var så god, og advarslerne var ikke altid så præcise, siger Stefkovich. Det ser du ikke så meget længere.

Opgraderinger af computerkapacitet er en stor del af de seneste forbedringer i prognoser for orkanvej og intensitet, siger Michael Brennan , leder af orkanspecialistenheden ved National Hurricane Center.

Prognoser som dem, Brennans team udgiver, er lavet af mennesker, der sorterer gennem forskellige modeller og beslutter, hvordan informationen skal syntetiseres.

Fremskrivninger af orkanstier er blevet støt mere nøjagtige i løbet af de sidste 30 år, efterhånden som store vejrmodeller og computerne, der kører dem, er blevet bedre. Gennemsnitlige fejl i forudsigelser af orkanstier faldt fra omkring 100 miles i 2005 til omkring 65 miles i 2020. Forskellen kan virke lille, når storme kan være hundredvis af miles brede, men når det kommer til at forudsige, hvor de værste effekter fra en orkan vil ramme, hver lille vrikke betyder noget, siger Brennan.

At forstå og forudsige orkaners intensitet har været mere udfordrende end at forudsige deres veje, da styrken af ​​en orkan er drevet af flere lokale faktorer, såsom vindhastighed og temperatur i centrum af en storm. Alligevel er intensitetsforudsigelser også begyndt at blive bedre i det sidste årti. Fejl i intensitetsprognosen inden for 48 timer faldt med 20 % til 30 % mellem 2005 og 2020.

Styring af forudsigelser

Når man bygger modeller til at forudsige noget så kompliceret som vejret, er det nemt at suge yderligere computerressourcer til sig, siger Brian Gross , direktør for NWS Environmental Modeling Center.

Hver af NWS supercomputere med 12,1 petaflops er omkring 150.000 gange stærkere end en almindelig bærbar.

Modeller kan drage fordel af computerkraft på flere måder, og hver model kan hurtigt opsluge enorme mængder kapacitet. En model kan blive mere kompleks ved at fordøje mere information eller ved at bruge mere kompliceret fysik til bedre at repræsentere verden. I en vejrmodel kan dette betyde flere detaljer om processer i havet, når man overvejer hyppigheden af ​​orkaner.

Mere computerkraft kan også gøre det muligt for en model at blive mere geografisk præcis. Vejrmodeller fungerer ved at dele kloden op i en masse stykker og forsøge at beregne, hvad der vil ske i hver af dem. En model med højere opløsning vil opdele kloden i mindre fragmenter, hvilket betyder, at der er flere af dem at overveje.

Endelig kan forskere sammensætte det, der kaldes en ensemblemodel, som de kører så mange som 20 eller 30 gange. Hver af disse kørsler udføres under lidt forskellige forhold for at se, hvordan forudsigelserne adskiller sig. Resultaterne bliver derefter talt op og betragtet sammen.

Relateret historie

Vi bad Bill Gates, en nobelprismodtager, og andre om at nævne den mest effektive måde at bekæmpe klimaændringer på

Deres svar inkluderede stigende kulstofpriser, lagringsgennembrud, et fusionsmåneskud og mere.

Du har sikkert set ensemblemodeller i orkanforudsigelser. Overvej en storm, der starter i Atlanterhavet. Hvis en ensemble-prognose indeholder en bred vifte af resultater, med stormen på vej mod Texas i nogle og langs østkysten i andre, har den mange plausible veje. Men hvis ensemblemedlemmerne alle viser stormen, der rammer Floridas Gulf Coast, kan prognosemænd være mere sikre på, hvor den vil lande.

Tidligere supercomputeropgraderinger har ført til forbedringer på flere områder for nogle modeller, som f.eks Globalt Ensemble Forecast System (GEFS). I 2018, sidste gang systemet blev opgraderet, øgede NWS sin opløsning fra 34 kilometer til 25 kilometer og antallet af modeller i ensemblet fra 21 til 31.

Ændringerne og den resulterende prognosenøjagtighed har gjort livet lettere for embedsmænd som Jim Stefkovich , en meteorolog for Alabama Emergency Management Agency, der hjælper statens regering med at forberede sig på vejrrisici. Tidligt i min karriere ville tingene mange gange slå til uden varsel, fordi teknologien ikke var så god, og advarslerne var ikke altid så præcise, siger Stefkovich. Det ser du ikke så meget længere.

Men selv i dag er signaler fra vejrudsigtere ikke altid klare for offentligheden, som måske ikke er indstillet til hver storm, eller som måske ikke forstår forskellen mellem en stormvagt (der forventes farlige forhold) og en stormadvarsel (de' er allerede blevet observeret). Hvis folk ikke ved, hvordan de skal reagere, vil en bedre prognose ikke rigtig hjælpe dem med at forblive sikre, siger Stefkovich.

Det her skete under Ida, siger han. Prognoserne for stormens vej og dens styrke var nøjagtige et par dage før. Men delvist på grund af dårlig kommunikation mistede snesevis af mennesker livet, og millioner mistede strøm eller så deres hjem eller biler beskadiget.

Klimaændringer betyder, at risikoen for ekstremt vejr sandsynligvis bliver værre. Prognosefolk håber, at bedre forudsigelser, kommunikeret på den rigtige måde, kan hjælpe folk med at træffe bedre beslutninger, når stormene kommer.

skjule