Superračunalniki: strojni meteorologi, ki pomagajo izdati vašo napoved

Meteorologi za izdelavo napovedi uporabljajo vremenske modele, ki jih upravljajo superračunalniki. baranozdemir / Getty Images

Če ste videli to nedavno Intelovo reklamo, se morda sprašujete, kaj je superračunalnik in kako ga znanost uporablja?

Superračunalniki so izjemno zmogljivi računalniki velikosti šolskega avtobusa. Njihova velika velikost izhaja iz dejstva, da so sestavljeni iz več sto tisoč (in včasih milijonov) procesorskih jeder. (Za primerjavo, vaš prenosni ali namizni računalnik deluje eno .) Zaradi te skupne računalniške zmogljivosti so superračunalniki izjemno zmogljivi. Ni nenavadno, da ima superračunalnik prostor za shranjevanje v bližini 40 petabajtov ali 500 tebibajtov pomnilnika RAM. Mislite, da je vaš Macbook z 11 teraflopi (bilijoni operacij na sekundo) hiter? Superračunalnik lahko doseže hitrosti več deset petraflops— to je kvadrilijon operacij na sekundo!

Pomislite na vse, kar vam vaš osebni računalnik pomaga. Superračunalniki opravljajo enake naloge, le njihova povečana moč to omogoča zvezki podatkov in procesov, ki jih je treba raziskati in manipulirati.

Pravzaprav so vaše vremenske napovedi možne zaradi superračunalnikov.

Zakaj meteorologi uporabljajo superračunalnike

Vsako uro vsak dan zabeležijo milijarde vremenskih opazovanj vremenski sateliti, vremenski baloni, oceanske boje in površinske vremenske postaje po vsem svetu. Superračunalniki so dom za ta plimski val vremenskih podatkov, ki jih je treba zbirati in shranjevati.

Superračunalniki ne hranijo le velike količine podatkov, temveč te podatke obdelujejo in analizirajo za ustvarjanje modelov vremenske napovedi. Vremenski model je za meteorologe najbližje kristalni krogli; to je računalniški program, ki 'modelira' ali simulira, kakšni bi lahko bili pogoji ozračja nekoč v prihodnosti. Modeli to naredijo z reševanjem skupine enačb, ki določajo, kako atmosfera deluje v resničnem življenju. Na ta način lahko model približno oceni, kaj bo atmosfera verjetno naredila, preden to dejansko stori. (Čeprav meteorologi uživajo v napredni matematiki, kot so računi in diferencialne enačbe ... so enačbe, uporabljene v modelih, tako zapletene, da bi potrebovali tedne ali mesece, da bi jih rešili ročno! Po drugi strani pa lahko superračunalniki približne rešitve v le eno uro.) Ta postopek uporabe modelnih enačb za numerično približevanje ali napoved prihodnjih vremenskih razmer je znan kot numerična vremenska napoved .

Meteorologi uporabljajo rezultate modela napovedi kot vodilo pri ustvarjanju lastnih napovedi. Izhodni podatki jim dajejo predstavo o tem, kaj se trenutno dogaja na vseh ravneh atmosfere in tudi o tem, kaj je možno v prihodnjih dneh. Napovedovalci te informacije upoštevajo skupaj s svojim poznavanjem vremenskih procesov, osebnimi izkušnjami in poznavanjem regionalnih vremenskih vzorcev (nekaj, česar računalnik ne zmore), da izdajo vašo napoved.

Nekateri najbolj priljubljeni modeli vremenske napovedi in spremljanja podnebja na svetu vključujejo:

• Globalni sistem napovedi (GFS)
• Severnoameriški model (NAM)
• Model Evropskega centra za srednjeročno napovedovanje vremena (Evropski ali ECMWF)

Spoznajte Luno in Surgea

Zdaj so okoljske obveščevalne zmogljivosti Združenih držav boljše kot kdaj koli prej, zahvaljujoč nadgradnji superračunalnikov Nacionalne uprave za oceane in atmosfero (NOAA).

Računalnika NOAA, imenovana Luna in Surge, sta 18. najhitrejši v ZDA in med 100 najmočnejšimi superračunalniki na svetu. Superračunalniška dvojčka imata vsak skoraj 50.000 jedrnih procesorjev, najvišjo hitrost delovanja 2,89 petaflopa in obdelata do 3 kvadrilijone izračunov na sekundo. (Vir: ' NOAA dokonča nadgradnjo vremenskega in podnebnega superračunalnika (NOAA, januar 2016.)

Cena nadgradnje je 45 milijonov dolarjev – kar je visoka številka, vendar majhna cena za pravočasnejše, natančnejše, zanesljivejše in podrobnejše vremenske napovedi, ki jih novi stroji ponujajo ameriški javnosti.

Bi lahko naši vremenski viri v ZDA končno dohiteli priznani evropski model – natančno natančen model Združenega kraljestva, katerega 240.000 jeder je omogočilo natančno napovedovanje poti in moči orkana Sandy skoraj teden dni, preden je leta 2012 dosegel obalo New Jerseyja?

Samo naslednja nevihta bo povedala.