Præcis vejr

Tv-meteorologen Paul Douglas husker dagen tilbage i 1997, hvor han havde inspirationen, der førte til lanceringen af ​​hans firma. Han havde forudsagt et regnvejr i luften, der bevægede sig gennem Minnesotas tvillingebyer, kun for at blive konfronteret med en strøm af e-mails fra lokale seere, der ville vide, hvordan stormen kunne påvirke deres planer for dagen. Det var så frustrerende, husker han. Hvad tid begynder det at regne i min by?’ Jeg kører nordpå; vil jeg slå regnen?’ Mit bryllup er i eftermiddag; vil det blive regnet ud?’

Douglas var hjælpeløs til at besvare sådanne spørgsmål. Hans prognose var i vid udstrækning baseret på oplysninger fra National Weather Service, som forudsiger forholdene for et 12-kilometer gange 12-kilometer område, og hvis forudsigelser ikke har noget at sige om, hvordan vejret varierer inden for dette område. Og selvom Douglas kunne lave sådanne lokaliserede prognoser, var der ingen måde, han kunne formidle den personlige information effektivt. Og så slog det ham: Måske kunne han give alle en tilpasset vejrudsigt. To år senere, i 1999, grundlagde han Minneapolis-baserede Digital Cyclone, som forudsiger vejrbegivenheder over seks kilometer gange seks kilometer områder og tilbyder informationen via mobiltelefoner.

Denne historie var en del af vores juni 2003-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Digital Cyclone er blot en af ​​flere virksomheder, der tager vejrudsigten til nye niveauer af anvendelighed og præcision. The Weather Channel i Atlanta, GA, for én, giver nu otte kilometer-opløsning kort og en advarselstjeneste til stationære computere. Og AccuWeather i State College, PA, genererer vejrkort med en opløsning på én kilometer, der er tilgængelige på personlige digitale assistenter og internetaktiverede telefoner. Næret af tilgængeligheden af ​​enorme reservoirer af billig computerkraft, nye matematiske teknikker til finjustering af vejrmodeller og højteknologiske observationssystemer, udnytter disse virksomheder den meget forsømte facet af vejrudsigter, Douglas kalder det korte spil: det vil sige rådgivning mennesker om de særlige vejrforhold i deres individuelle kvarterer eller byer, ikke kun deres regioner.

Skiftet til sådanne prognoser med højere opløsning kan udmønte sig i enorme besparelser. Ifølge John Dutton, dekan emeritus ved Pennsylvania State Universitys College of Earth and Mineral Sciences, er over 3 billioner dollars af landets årlige økonomi påvirket af vejrbegivenheder. Landmænd, bygningsarbejdere, snerydningsmandskab, energivedligeholdelsesarbejdere, jernbaneekspeditører og lastbilchauffører er afhængige af nøjagtige og præcise prognoser for effektivt at styre deres tid og ressourcer. En uventet kølig luftmasse på en sommerdag kunne stikke et elselskab med millioner af dollars ubrugt elektricitet. En ændring i vindhastigheden kan ændre en landmands valg om at sprøjte gødning, som kan sprede og endda ødelægge naboafgrøder i vind over 11 kilometer i timen. En mindre temperaturforskel kan afgøre, om et snerydningsmandskab vil lægge sand eller salt ned. Salt er generelt kun effektivt over -7 C, og en forkert beslutning om at bruge det kan ikke kun være ineffektiv til at reducere is, men også spilde tusindvis af dollars af skatteydernes penge.

Uanset om det er til ansatte eller fodboldmødre, er der en umættelig efterspørgsel efter vejrinformation, siger Douglas. En masse utrolig nyttig information er allerede tilgængelig, men der er en reel mulighed for at filtrere den, gøre den mere rettidig og detaljeret og nøjagtig og give den i mere nyttig form.

Personlige prognoser

I fem årtier har vejrudsigten i USA været afhængig af modeller, der kører på den nyeste computerteknologi ved National Weather Service's National Center for Environmental Prediction i Camp Springs, MD. Modellerne bruger mere end 100 millioner daglige målinger af temperatur, fugt, lufttryk, vindhastighed og vindretning indsamlet fra forskellige steder rundt om i verden. Baseret på disse data beregnes prognoser på global, national og regional skala hver sjette time for områder så små som 12 kilometer gange 12 kilometer.

Reelt vejr kan selvfølgelig variere en del over afstande så korte som et par kilometer, siger Craig Burfeind, en meteorolog, der sammen med Douglas grundlagde Digital Cyclone. Vinterstorme kan have en præcis linje, og et par miles til hver side af den linje kan betyde forskellen mellem regn og seks tommer sne. Burfeind bemærker, at temperaturerne i de sydlige forstæder til Minneapolis en dag den sidste vinter ramte de lave 20s C (70s F), mens de nordlige forstæder forblev omkring frysepunktet, hvilket resulterede i temperaturforskelle på 6 C eller mere over et område på seks kilometer. Og Minneapolis er ikke engang i nærheden af ​​et stort geologisk træk, såsom et bjerg eller en dal, der kan påvirke vindhastighed og retning, fugtighed og temperatur og skabe målbare forskelle på tværs af et lille område. Selv en stor vandmasse kan skabe skarpe temperaturkontraster, der bidrager til sne-effekt af søen, tung kystståge eller uventede tordenvejr.

Vejrtjenesten ville med glæde producere prognoser for alles lokalitet, hvis det var praktisk. Men at øge opløsningen af ​​prognosegitteret til for eksempel seks kilometer gange seks kilometer kræver faktisk otte gange så meget beregning. Vores næste skridt i det område er 10 kilometer, som først vil være operationelt i slutningen af ​​2004, siger Lauren Morone, driftsansvarlig ved National Center for Environmental Prediction.

Men der er en anden måde. I 1990'erne begyndte forskere ved Pennsylvania State University at inkorporere de rå data indsamlet fra National Weather Service i deres egne pc-baserede modeller. At køre en model plejede at være en stor centraliseret operation, som Manhattan-projektet, siger Penn State-klimatolog Paul Knight. I modsætning hertil, siger han, udfører den nye generation af pc-modeller færre beregninger for et mindre område af kloden og er derfor i stand til at producere højopløselige, lokaliserede vejrudsigter, som relativt hurtigt kan udsendes.

Digital Cyclone, for en, udnytter Penn State's succes. Virksomheden leverer prognoser for en række storbyområder i USA ved at bruge en enkelt pc til at lave en vejrudsigt for en bestemt by. Prognoserne er dobbelt så hyppige som dem, der kommer fra National Weather Service og dækker et mindre område; det vil sige, at de kører hver tredje time og har en opløsning på seks kilometer inden for en radius på cirka 120 kilometer fra byen.

Kunder af Digital Cyclone kan få adgang til oplysningerne fra et websted. Ved at indtaste deres placeringer kan de få vejrkort centreret om deres byer, komplet med radarbilleder og projicerede stormspor. Men den reelle værdi af Digital Cyclones tjeneste, siger Douglas, er, at folk kan få oplysningerne fra deres internetaktiverede mobiltelefoner. Senere på året vil de samme telefoner udsende hørbare alarmer, der er sendt ud af virksomheden og skræddersyet til folks behov. Og på et tidspunkt, hvor flere og flere mobiltelefoner er udstyret med Global Positioning Satellite-software og signalmodtagere, der giver information om deres geografiske placering, udvikler Digital Cyclone software, der forventes at blive tilgængeligt i løbet af de næste par år - som vil bruge GPS-data til at tilbyder vejrudsigtskort i høj opløsning automatisk centreret om telefonens placering.

På erhvervsfronten

At få personlige advarsler sendt til din håndholdte enhed kan virke det ultimative inden for automatisering af vejrbevidsthed. Men virksomheder har også brug for detaljerede prognoser, og nogle vejrudbydere integrerer allerede informationen direkte i deres store industrikunders computere. En leder inden for dette nye felt af vejraktiverede operationer er Meteorlogix i Minneapolis. Virksomheden bruger satellitkommunikation til at videresende tilpassede vejropdateringer direkte til en klients operationelle computersystem; Forprogrammeret til at arbejde med Meteorlogix' alarmer, genkender computersystemet, hvilke operationer der er påvirket af vejret, og træffer derefter passende foranstaltninger.

Fornemmer regn

Efterhånden som computere bliver hurtigere og billigere, og vejrobservationsinstrumenter forbedres, lover forskerne prognoser med endnu højere opløsning. Om to eller tre år, forudser nogle, vil beslutningerne falde til én kilometer. At komme dertil bliver dog en kamp op ad bakke. Det første problem er den enorme stigning i computerkraft, der er nødvendig for at tage højde for de yderligere variabler af vejret på så lille en skala. Topografien af ​​det lokale terræn, tilstedeværelsen af ​​vandmasser, vegetation, skydannelse - alt dette skal tages i betragtning, siger Joel Myers, grundlægger og præsident for AccuWeather. Faktisk kræver det omkring 16 gange den talknagende muskel at gå ned til én kilometer fra fire kilometer.

På trods af den høje beregningsmæssige pris arbejder Lloyd Treinish og hans kolleger ved IBMs forskningsfacilitet i Yorktown Heights, NY, på vejrudsigter med en opløsning på en kilometer. Det såkaldte Deep Thunder-projekt er en del af en større IBM-indsats kendt som Deep Computing, der beskæftiger sig med at analysere store mængder data og løse komplekse beregningsmæssige problemer. Ligesom mange virksomheder, der arbejder inden for vejrudsigt i høj opløsning, forudser IBM forretningsmuligheder i at levere bedre forudsigelsesmodeller til vejrfølsomme virksomheder. Treinish og hans team har ændret en standard regional model, udviklet ved Colorado State University, og tilpasset den til terrænet, vindstrømmen og havdrevne fugtmønstre i New York-området. De bruger data modtaget fra National Weather Service og verificerer derefter deres prognoser ved hjælp af nærliggende vejrstationer - endda en installeret i Fishkill, NY. Senere på året vil IBM installere yderligere fem stationer på sine faciliteter i det sydøstlige New York for at hjælpe med at finjustere modellerne yderligere. Deep Thunder genererer en opdateret 24-timers prognose to til fire gange om dagen, hvilket kræver næsten to timers computertid pr. prognose.

Den modificerede model har bevist sit værd flere gange - som da den erkendte sværhedsgraden af ​​en snestorm i februar 2003 omkring ni timer før vejrtjenesten. Treinish tilskriver modellens nøjagtighed dens fine opløsning, som udover at give et mere detaljeret kig på lokalt vejr ofte fører til bedre prognoser for en hel region. Ved at komme ind på fysikken bag mindre vejrbegivenheder kan du få et bedre billede af, hvad der foregår med større begivenheder som storme, siger han.

Treinish taler endda om at komme ned til 500 meter opløsning i fremtiden, selvom han påpeger, at det ville kræve modellering af vindturbulens omkring New York Citys høje bygninger - og det ville kræve omkring 100 gange så meget talknakning. Men det er ikke en uhørt stigning i computerkraften, hvis man er villig til at vente et par år, siger han.

Sådanne nøjagtige vejrudsigter i høj opløsning afhænger af modeller, der regelmæssigt omkalibreres ved at sammenligne deres forudsigelser med faktisk observeret vejr. Men at prøve at sige, om prognoserne forbedres eller ej, er sværere, end det lyder, fordi forskellene kan være subtile og komplicerede: måske vindhastighedsforudsigelser bliver en smule mere præcise, mens temperaturforudsigelser bliver en smule værre. David Stensrud fra National Oceanic and Atmospheric Administration's Severe Storm Laboratory i Norman, OK, bemærker, at det går langsomt med at forbedre modellerne. Disse modeller er så komplicerede, at hvis man kan rette op på ét problem, kan man nemt forårsage et andet, siger Stensrud. Man skal køre den nye model over en lang række sager for at tjekke den, og det gør det til en kæmpe, arbejdskrævende indsats.

Og selvfølgelig er en prognosemodel kun så god som de instrumenter, der giver den data. Til sidst kan meteorologer muligvis få adgang til fint detaljerede vejrdata fra enorme netværk af sensorer, der er placeret kun ti meter fra hinanden over mange dele af landet. En gruppe ledet af Deborah Estrin, en computerforsker og direktør for Center for Embedded Networked Sensing ved University of California, Los Angeles, er allerede ved at indlejre trådløse sensornetværk designet til at overvåge mikroklimadata - inklusive, i sidste ende, kuldioxidniveauer - omkring små pletter af træer og planter. Vi vil undersøge sammenhængen mellem overvågning af vejr på regional skala og på mikroskala, siger hun.

Indsamling af sådanne specifikke data kan være i vores fremtid, men er det praktisk? At udsende prognoser på niveau med byblokke får det helt sikkert til at virke, som om prognoserne er mere præcise, siger Craig Edwards, chefmeteorolog ved National Weather Service's Minneapolis-kontor. Men prognoserne for en blok ville formentlig være de samme som for andre blokke. Der er også en afvejning mellem opløsning og hvor langt ud i fremtiden en model kan lave præcise forudsigelser, siger Young, på grund af hvor hurtigt småskala vejrfænomener ændrer sig. Dagens højopløselige prognoser er nyttige for en dag eller deromkring, siger han. Vi er hurtigt på vej mod løsninger, der ikke vil købe dig noget ud over seks timer.

Uanset den nye teknologis nytteværdi, vil meteorologer være i stand til at vise mere af den i deres prognoser, efterhånden som offentligheden bliver fortrolig med vejrjargon og kort. Offentlighedens vejr-IQ er steget enormt i løbet af de sidste 10 år, siger AccuWeather's Myers. I stedet for at sige, at der er en chance for regn i dag, kan vi sige, at der er en 20 procents chance for regn mellem kl. 10.00 og middag, en chance på 40 procent mellem kl. 12.00 og 14.00, og en chance på 20 procent derefter. Det er den slags information, du kan bruge til at planlægge dit golfspil.

Andre i højopløsningsprognoser
SELSKAB	NETOPLØSNING	SERVICE
Meteo Consult (Wageningen, Holland)	Stedspecifik, baseret på placeringen af ​​vejrstationer	Vejrkort og satellit- og radarbilleder leveret til web-aktiverede mobiltelefoner
MyWeather (Madison, WI)	110 meter	SMS-prognoser sendt til alfanumeriske personsøgere og mobiltelefoner
AWS-konvergens teknologier (Gaithersburg, MD)	Stedspecifik, baseret på placeringen af ​​proprietære vejrstationer	Web-baseret applikation, der giver prognoser til kunder i energibranchen
Vejrtjenester International (Billerica, MA)	Otte til 10 kilometer; punktspecifikke prognoser	Vejrkort og satellit- og radarbilleder leveret til folk, der arbejder i medie-, energi-, marine- og luftfartsindustrien (piloter kan modtage data under flyvningen på personlige digitale assistenter)

skjule