Superkomputery: meteorolodzy maszyn, którzy pomagają w tworzeniu prognoz

Meteorolodzy wykorzystują modele pogodowe prowadzone przez superkomputery do tworzenia prognoz. baranozdemir / Getty Images

Jeśli widziałeś tę niedawną reklamę firmy Intel, możesz zapytać: co to jest superkomputer i jak wykorzystuje go nauka?

Superkomputery to niezwykle wydajne komputery wielkości szkolnego autobusu. Ich duży rozmiar wynika z faktu, że składają się z setek tysięcy (a czasem milionów) rdzeni procesorów. (Dla porównania, twój laptop lub komputer stacjonarny działa jeden .) W wyniku tej zbiorowej mocy obliczeniowej superkomputery są niezwykle potężne. Nie jest niczym niezwykłym, że superkomputer ma pojemność pamięci masowej w okolicach 40 petabajtów lub 500 tebibajtów pamięci RAM. Myślisz, że Twój Macbook 11 teraflop (biliony operacji na sekundę) jest szybki? Superkomputer może osiągnąć prędkość dziesiątek petraflopy— to biliardy operacji na sekundę!

Pomyśl o wszystkim, co pomaga Ci Twój komputer osobisty. Superkomputery wykonują te same zadania, na co pozwala tylko ich podkręcona moc wolumeny danych i procesów, które mają być badane i manipulowane.

W rzeczywistości Twoje prognozy pogody są możliwe dzięki superkomputerom.

Dlaczego meteorolodzy używają superkomputerów

Każdego dnia każdego dnia miliardy obserwacji pogodowych są rejestrowane przez satelity pogodowe, balony pogodowe, boje oceaniczne i powierzchniowe stacje pogodowe na całym świecie. Superkomputery są miejscem gromadzenia i przechowywania tej fali danych pogodowych.

Superkomputery nie tylko przechowują duże ilości danych, ale także przetwarzają i analizują te dane w celu stworzenia modeli prognozy pogody. Model pogody jest najbardziej zbliżony do kryształowej kuli dla meteorologów; to program komputerowy, który „modeluje” lub symuluje, jakie mogą być warunki atmosfery w przyszłości. Modele robią to, rozwiązując grupę równań, które regulują sposób działania atmosfery w prawdziwym życiu. W ten sposób model jest w stanie przybliżyć, co atmosfera prawdopodobnie zrobi, zanim faktycznie to zrobi. (Chociaż meteorolodzy lubią wykonywać zaawansowaną matematykę, taką jak rachunek różniczkowy i równania różniczkowe… równania używane w modelach są tak złożone, że ich ręczne rozwiązanie zajęłoby tygodnie lub miesiące! Z drugiej strony superkomputery mogą aproksymować rozwiązania w zaledwie godzinę). Ten proces wykorzystywania równań modelu do liczbowego przybliżania lub prognozowania przyszłych warunków pogodowych jest znany jako numeryczna prognoza pogody .

Meteorolodzy wykorzystują dane wyjściowe modelu prognostycznego jako wskazówki podczas tworzenia własnych prognoz. Dane wyjściowe dają im wyobrażenie o tym, co dzieje się obecnie na wszystkich poziomach atmosfery, a także o tym, co jest możliwe w nadchodzących dniach. Prognozy biorą pod uwagę te informacje wraz ze swoją wiedzą na temat procesów pogodowych, osobistym doświadczeniem i znajomością regionalnych wzorców pogodowych (coś, czego komputer nie może zrobić), aby wydać prognozę.

Niektóre z najpopularniejszych na świecie modeli prognozowania pogody i monitorowania klimatu obejmują:

• Globalny System Prognoz (GFS)
• Model północnoamerykański (NAM)
• Model Europejskiego Centrum Prognoz Pogody Średniego Zasięgu (europejski lub ECMWF)

Poznaj Lunę i Surge

Teraz możliwości wywiadu środowiskowego Stanów Zjednoczonych są lepsze niż kiedykolwiek, dzięki modernizacji superkomputerów Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA).

Nazwane Luna i Surge, komputery NOAA są 18. najszybszym w USA i jednym z 100 najpotężniejszych superkomputerów na świecie. Każdy z bliźniaczych superkomputerów ma prawie 50 000 procesorów rdzeniowych, osiąga maksymalną wydajność 2,89 petaflopów i przetwarza do 3 biliardów obliczeń na sekundę. (Źródło: ' NOAA kończy modernizację superkomputera pogodowego i klimatycznego (NOAA, styczeń 2016 r.)

Ulepszenie kosztuje 45 milionów dolarów — stroma kwota, ale niewielka cena, jaką trzeba zapłacić za bardziej aktualne, dokładniejsze, bardziej niezawodne i bardziej szczegółowe prognozy pogody, które nowe maszyny oferują amerykańskiemu społeczeństwu.

Czy nasze amerykańskie zasoby meteorologiczne mogą wreszcie dogonić znany model europejski — brytyjski model, którego 240 000 rdzeni pozwoliło dokładnie przewidzieć trasę i siłę huraganu Sandy na prawie tydzień przed tym, jak uderzył on w wybrzeże New Jersey w 2012 roku?

Dopiero następna burza pokaże.