Υπερσύγχρονοι υπολογιστές: Εργαλεία τεχνικής πρόγνωσης του καιρού

Αν έχετε δει αυτό το πρόσφατο εμπορικό σήμα της Intel, ίσως ζητάτε, τι είναι ένας υπερυπολογιστής και πώς το χρησιμοποιεί η επιστήμη;

Οι υπερυπολογιστές είναι εξαιρετικά ισχυροί υπολογιστές μεγέθους σχολικού λεωφορείου. Το μεγάλο μέγεθος τους προέρχεται από το γεγονός ότι αποτελούνται από εκατοντάδες χιλιάδες (και μερικές φορές εκατομμύρια) πυρήνες επεξεργαστών. (Σε σύγκριση, ο φορητός ή επιτραπέζιος υπολογιστής σας λειτουργεί ένας.) Ως αποτέλεσμα αυτής της συλλογικής ικανότητας υπολογιστών, οι υπερυπολογιστές είναι εξαιρετικά ισχυροί. Δεν είναι ανήκουστο για έναν υπερυπολογιστή να έχει χωρητικότητα αποθηκευτικού χώρου κοντά στα 40 πετακάδες ή 500 tebibytes μνήμης RAM. Σκεφτείτε το 11 teraflop σας (τρισεκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο) Το Macbook είναι γρήγορο; Ένας υπερυπολογιστής μπορεί να φτάσει ταχύτητες των δεκάδων petraflops-αυτό είναι τετραπλάσια των λειτουργιών ανά δευτερόλεπτο!

Σκεφτείτε τα πάντα που σας βοηθά ο προσωπικός σας υπολογιστής. Οι υπερυπολογιστές εκτελούν τις ίδιες εργασίες, επιτρέποντας μόνο την κλωτσιά τους

Στην πραγματικότητα, οι προγνώσεις καιρού σας είναι δυνατές λόγω των υπερυπολογιστών.

Κάθε ώρα κάθε μέρα, δισεκατομμύρια παρατηρήσεις του καιρού καταγράφονται από δορυφόρους καιρού, μπαλόνια από καιρό, ωκεάνιες σημαδούρες και επιφανειακούς μετεωρολογικούς σταθμούς σε όλο τον κόσμο. Οι υπερυπολογιστές παρέχουν ένα σπίτι για αυτό το παλιρροιακό κύμα των καιρικών δεδομένων που συλλέγονται και αποθηκεύονται.

Οι υπερυπολογιστές όχι μόνο συγκεντρώνουν όγκους δεδομένων, αλλά επεξεργάζονται και αναλύουν αυτά τα δεδομένα για να δημιουργήσουν μοντέλα πρόγνωσης καιρού. Το μοντέλο καιρού είναι το πλησιέστερο πράγμα σε μια κρυστάλλινη σφαίρα για τους μετεωρολόγους. Πρόκειται για ένα πρόγραμμα ηλεκτρονικών υπολογιστών που "μοντελοποιεί" ή προσομοιώνει τις συνθήκες της ατμόσφαιρας σε κάποια στιγμή στο μέλλον. Τα μοντέλα το κάνουν αυτό με την επίλυση μιας ομάδας εξισώσεων που καθορίζουν πώς η ατμόσφαιρα δρα στην πραγματική ζωή. Με αυτό τον τρόπο, το μοντέλο είναι σε θέση να προσεγγίσει το τι είναι πιθανό να κάνει η ατμόσφαιρα πριν το κάνει πραγματικά. (Όσο οι μετεωρολόγοι απολαμβάνουν να κάνουν προηγμένα μαθηματικά, όπως τον λογισμό και τις διαφορικές εξισώσεις... οι εξισώσεις που χρησιμοποιούνται στα μοντέλα είναι τόσο περίπλοκες, θα χρειάζονταν εβδομάδες ή μήνες για να τα λύσουν με το χέρι! Από την άλλη πλευρά, οι υπερυπολογιστές μπορούν να προσεγγίσουν λύσεις σε μόλις μία ώρα.) Αυτή η διαδικασία της χρήσης εξισώσεων μοντέλων για την αριθμητική προσέγγιση ή πρόβλεψη των μελλοντικών καιρικών συνθηκών όπως και αριθμητική πρόβλεψη καιρού.

Οι μετεωρολόγοι χρησιμοποιούν την πρόβλεψη του μοντέλου ως καθοδήγηση κατά την κατασκευή των δικών τους προβλέψεων. Τα δεδομένα εξόδου τους δίνουν μια ιδέα για το τι συμβαίνει σήμερα σε όλα τα επίπεδα της ατμόσφαιρας και επίσης τι είναι δυνατό τις επόμενες ημέρες. Οι παρατηρητές λαμβάνουν υπόψη αυτές τις πληροφορίες μαζί με τις γνώσεις τους σχετικά με τις καιρικές συνθήκες, προσωπικές την εμπειρία και την εξοικείωση με τα τοπικά καιρικά πρότυπα (κάτι που ένας υπολογιστής δεν μπορεί να κάνει) για να σας εκδώσει πρόβλεψη.

Ορισμένες από τις πιο δημοφιλείς πρόβες για τον καιρό και τα μοντέλα παρακολούθησης του κλίματος στον κόσμο περιλαμβάνουν:

• Σύστημα Global Forecast (GFS)
• Βορειοαμερικανικό μοντέλο (NAM)
• Ευρωπαϊκό Κέντρο Μοντέλου Πρόγνωσης και Μεσοπρόθεσμης Μετεωρολογίας (Ευρωπαϊκό ή ECMWF)

Τώρα, οι δυνατότητες περιβαλλοντικής νοημοσύνης του Ηνωμένου Κέντρου είναι καλύτερες από ποτέ, χάρη στην αναβάθμιση των υπερυπολογιστών του Εθνικού Ωκεανού και της Ατμοσφαιρικής Διοίκησης (NOAA).

Με την ονομασία Luna και Surge, οι υπολογιστές της NOAA είναι ο 18ος ταχύτερος στις Η.Π.Α. και ανάμεσα στους 100 πρώτους ισχυρότερους υπερυπολογιστές στον κόσμο. Τα δίδυμα του υπερυπολογιστή έχουν σχεδόν 50.000 επεξεργαστές πυρήνα, μέγιστη ταχύτητα επιδόσεων 2.89 petaflops και επεξεργάζονται έως και 3 υπολογισμούς τετράκιους ανά δευτερόλεπτο. (Πηγή: "Η NOAA ολοκληρώνει τις αναβαθμίσεις του υπερυπολογιστή για τις καιρικές συνθήκες και το κλίμα"NOAA, Ιανουάριος 2016.)

Η αναβάθμιση έρχεται σε τιμή 45 εκατομμυρίων δολαρίων - μια απότομη φιγούρα, αλλά μια μικρή τιμή για να πληρώσει για την πιο έγκαιρη, πιο ακριβής, πιο αξιόπιστες και λεπτομερέστερες καιρικές προβλέψεις των νέων μηχανών που προσφέρουν το αμερικανικό κοινό.

Θα μπορούσαν οι αμερικανικοί πόροι των ΗΠΑ να φτάσουν στο φημισμένο ευρωπαϊκό μοντέλο -το ακριβές μοντέλο bullseye του Ηνωμένου Βασιλείου, του οποίου οι 240.000 πυρήνες οδήγησε στην ακριβή πρόβλεψη της διαδρομής και της δύναμης του τυφώνα Sandy σχεδόν μια εβδομάδα πριν να χτυπήσει την ακτή του Νιου Τζέρσεϋ 2012?

Μόνο η επόμενη καταιγίδα θα πει.