211service.com
Hoe twee nieuwe supercomputers de weersvoorspellingen zullen verbeteren
Elk van de upgrades door de Amerikaanse National Weather Service heeft de grootte van 10 koelkasten, heeft een capaciteit van 12,1 petaflops en zal helpen bij het voorspellen van stormen die verergerd worden door klimaatverandering.
27 oktober 2021
Daniel Zender
Toen orkaan Michael in oktober 2018 aan land kwam aan de Gulf Coast van Florida, was het een storm van categorie 5, met windsnelheden van meer dan 240 mijl per uur. Het Amerikaanse National Hurricane Center had aanvankelijk voorspeld dat ze minder dan de helft zouden halen.
Michael ging door een proces dat snelle intensivering wordt genoemd, waarbij een orkaan in korte tijd enorm hogere windsnelheden ontwikkelt. En de experts zagen het niet aankomen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van november 2021
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Het voorspellen van de chaos die het centrum van een orkaan is en begrijpen hoe stormen sterker worden, is nog steeds een uitdaging voor voorspellers. Maar gewapend met betere modellen en meer ervaring voorspelden ze nauwkeurig dat de orkaan Ida, die in september van dit jaar New Orleans trof, snel zou toenemen, hoewel de storm nog sterker zou worden dan ze hadden verwacht.
Supercomputers maakten deel uit van deze verbeteringen bij het voorspellen waar, wanneer en hoe stormen zouden kunnen toeslaan. En tegen eind 2021 krijgt de Amerikaanse National Weather Service (NWS) twee gloednieuwe supercomputers. Zijn een upgrade ze hopen dat ze de gestage opmars naar nauwkeurigere voorspellingen zullen voortzetten, die nog belangrijker zullen worden naarmate de klimaatverandering hevigere stormen blijft aanwakkeren.
Het bureau zal de nieuwe machines gebruiken voor operationele prognoses - het systeem dat voorspellers gebruiken om voorspellingen te doen zoals die in het nachtelijke nieuws. Zodra het bureau ze volledig heeft doorgelicht, waarschijnlijk in juli 2022, zouden de nieuwe supercomputers meteorologen moeten helpen alles beter te voorspellen, van de kans op regen in Denver tot de kans dat een orkaan Miami zal treffen.
Elke supercomputer (een in Virginia en een in Arizona, dus er is altijd een back-up) is ongeveer zo groot als 10 koelkasten en heeft een capaciteit van 12,1 petaflops. Flops staat voor drijvende-kommabewerkingen per seconde, dus 12,1 petaflops betekent dat de supercomputers elke seconde iets meer dan 12 biljard berekeningen kunnen maken. Het is een enorme upgrade - bijna drie keer zo groot als het oude systeem - en zal het komende decennium ongeveer $ 300 miljoen tot $ 500 miljoen kosten.
In het begin van mijn carrière sloegen dingen vaak toe zonder waarschuwing, omdat de technologie niet zo goed was en de waarschuwingen niet altijd even nauwkeurig waren, zegt Stefkovich. Dat zie je niet zo veel meer.
Upgrades van computercapaciteit zijn een groot deel van de recente verbeteringen in voorspellingen van orkaanpad en -intensiteit, zegt Michael Brennan , hoofd van de Hurricane Specialist Unit van het National Hurricane Center.
Prognoses zoals die van het team van Brennan worden gemaakt door mensen die verschillende modellen doorzoeken en beslissen hoe de informatie wordt gesynthetiseerd.
Projecties van orkaanpaden zijn de afgelopen 30 jaar steeds nauwkeuriger geworden naarmate grootschalige weermodellen, en de computers die ze uitvoeren, zijn verbeterd. De gemiddelde fouten in de voorspellingen van het orkaanpad daalden van ongeveer 100 mijl in 2005 tot ongeveer 65 mijl in 2020. Het verschil lijkt misschien klein wanneer stormen honderden mijlen breed kunnen zijn, maar als het gaat om het voorspellen waar de ergste effecten van een orkaan zullen toeslaan, elke kleine wiebel is belangrijk, zegt Brennan.
Het begrijpen en voorspellen van de intensiteit van orkanen was een grotere uitdaging dan het voorspellen van hun paden, aangezien de kracht van een orkaan wordt aangedreven door meer lokale factoren, zoals windsnelheid en temperatuur in het midden van een storm. Toch zijn de intensiteitsvoorspellingen het afgelopen decennium ook begonnen te verbeteren. Fouten in de intensiteitsprognose binnen 48 uur zijn tussen 2005 en 2020 met 20% tot 30% afgenomen.
Voorspellingen mogelijk maken
Bij het bouwen van modellen om zoiets ingewikkelds als het weer te voorspellen, is het gemakkelijk om extra computerbronnen op te zuigen, zegt Brian Gross , directeur van het NWS Environmental Modelling Center.
Elk van de NWS-supercomputers is met 12,1 petaflops ongeveer 150.000 keer krachtiger dan een gewone laptop.
Modellen kunnen op meerdere manieren profiteren van rekenkracht en elk model kan snel enorme hoeveelheden capaciteit opslokken. Een model kan complexer worden door meer informatie te verwerken of door ingewikkeldere natuurkunde te gebruiken om de wereld beter weer te geven. In een weermodel kan dit meer details betekenen over processen in de oceaan als we kijken naar de frequentie van orkanen.
Met meer rekenkracht kan een model ook geografisch nauwkeuriger worden. Weermodellen werken door de wereldbol op te splitsen in een aantal stukken en te proberen te berekenen wat er in elk van hen zal gebeuren. Een model met een hogere resolutie zal de wereldbol opdelen in kleinere fragmenten, wat betekent dat er meer zijn om te overwegen.
Ten slotte kunnen onderzoekers een zogenaamd ensemblemodel samenstellen, dat ze maar liefst 20 of 30 keer uitvoeren. Elk van die runs wordt uitgevoerd onder enigszins verschillende omstandigheden om te zien hoe de voorspellingen verschillen. De resultaten worden dan bij elkaar opgeteld en samen bekeken.
Verwant verhaal
We vroegen Bill Gates, een Nobelprijswinnaar, en anderen om de meest effectieve manier te noemen om klimaatverandering tegen te gaan Hun antwoorden omvatten stijgende koolstofprijzen, opslagdoorbraken, een fusie-moonshot en meer.
Je hebt waarschijnlijk ensemble-modellen gezien in orkaanvoorspellingen. Denk aan een storm die begint in de Atlantische Oceaan. Als een ensemble-voorspelling een grote verscheidenheid aan resultaten bevat, waarbij de storm in sommige richting Texas gaat en in andere langs de oostkust, heeft deze veel plausibele paden. Maar als de ensembleleden allemaal laten zien dat de storm de Golfkust van Florida treft, kunnen voorspellers zekerder zijn over waar deze zal landen.
Eerdere supercomputer-upgrades hebben geleid tot verbeteringen op meerdere gebieden voor sommige modellen, zoals de universele Globaal ensemble-voorspellingssysteem (GEFS). In 2018, de laatste keer dat het systeem werd geüpgraded, verhoogde NWS de resolutie van 34 kilometer naar 25 kilometer en het aantal modellen in het ensemble van 21 naar 31.
De veranderingen, en de daaruit voortvloeiende nauwkeurigheid van de voorspelling, hebben het leven van ambtenaren als Jim Stefkovich , een meteoroloog voor de Alabama Emergency Management Agency die de deelstaatregering helpt zich voor te bereiden op weersrisico's. In het begin van mijn carrière sloegen dingen vaak toe zonder waarschuwing, omdat de technologie niet zo goed was en de waarschuwingen niet altijd even nauwkeurig waren, zegt Stefkovich. Dat zie je niet zo veel meer.
Maar zelfs vandaag zijn signalen van weersvoorspellers niet altijd duidelijk voor het publiek, dat misschien niet op elke storm is afgestemd, of het verschil niet begrijpt tussen een stormwacht (er worden gevaarlijke omstandigheden verwacht) en een stormwaarschuwing (ze' zijn al waargenomen). Als mensen niet weten hoe ze moeten reageren, zal een betere voorspelling niet echt helpen om veilig te blijven, zegt Stefkovich.
Dat gebeurde tijdens Ida, zegt hij. De voorspellingen voor het pad en de kracht van de storm waren een paar dagen eerder nauwkeurig. Maar gedeeltelijk door slechte communicatie verloren tientallen mensen het leven, en miljoenen verloren de stroomvoorziening of zagen hun huizen of auto's beschadigd raken.
Door klimaatverandering wordt het risico op extreem weer waarschijnlijk groter. Voorspellers hopen dat betere voorspellingen, op de juiste manier gecommuniceerd, mensen kunnen helpen betere beslissingen te nemen wanneer de stormen komen.