Come due nuovi supercomputer miglioreranno le previsioni del tempo

Ciascuno degli aggiornamenti del National Weather Service degli Stati Uniti ha le dimensioni di 10 frigoriferi, ha una capacità di 12,1 petaflop e aiuterà a prevedere le tempeste aggravate dai cambiamenti climatici.

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• Casey Crownhart pagina di archivio

27 ottobre 2021

Daniel Zender

Quando l'uragano Michael è atterrato sulla costa del Golfo della Florida nell'ottobre 2018, si trattava di una tempesta di categoria 5, con velocità del vento superiori a 150 miglia orarie. Il National Hurricane Center degli Stati Uniti aveva inizialmente previsto che avrebbero raggiunto meno della metà.

Michael ha attraversato un processo chiamato intensificazione rapida, in cui un uragano sviluppa velocità del vento enormemente più elevate in breve tempo. E gli esperti non lo vedevano arrivare.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2021

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Prevedere il caos che è al centro di un uragano e capire come si rafforzano le tempeste è ancora una sfida per i meteorologi. Ma armati di modelli migliori e più esperienza, hanno predetto con precisione che l'uragano Ida, che ha colpito New Orleans nel settembre di quest'anno, si sarebbe rapidamente intensificato, sebbene la tempesta si sia rafforzata ancora più di quanto si aspettassero.

I supercomputer sono stati parte di questi miglioramenti nel prevedere dove, quando e come potrebbero colpire le tempeste. Ed entro la fine del 2021, il National Weather Service (NWS) degli Stati Uniti riceverà due nuovissimi supercomputer. Suo un aggiornamento sperano che continui la marcia costante verso previsioni più accurate, che diventeranno ancora più essenziali man mano che il cambiamento climatico continuerà ad alimentare tempeste sempre più intense.

L'agenzia utilizzerà le nuove macchine per le previsioni operative, il sistema utilizzato dai meteorologi per fare previsioni come quelle dei notiziari notturni. Una volta che l'agenzia li avrà completamente controllati, probabilmente nel luglio 2022, i nuovi supercomputer dovrebbero aiutare i meteorologi a prevedere meglio tutto, dalla possibilità di pioggia a Denver alle probabilità che un uragano colpisca Miami.

Ogni supercomputer (uno in Virginia e uno in Arizona, quindi c'è sempre un backup) ha le dimensioni di circa 10 frigoriferi e ha una capacità di 12,1 petaflop. Flops sta per operazioni in virgola mobile al secondo, quindi 12,1 petaflop significa che i supercomputer possono eseguire poco più di 12 quadrilioni di calcoli al secondo. È un enorme aggiornamento, quasi il triplo delle dimensioni del vecchio sistema, e costerà circa $ 300 milioni a $ 500 milioni nel prossimo decennio.

All'inizio della mia carriera, molte volte le cose colpivano senza preavviso, perché la tecnologia non era così buona e gli avvertimenti non erano sempre così accurati, dice Stefkovich. Non lo vedi più così tanto.

Gli aggiornamenti della capacità di calcolo sono un pezzo importante dei recenti miglioramenti nelle previsioni del percorso e dell'intensità degli uragani, afferma Michele Brennan , capo dell'Unità specializzata in uragani presso il National Hurricane Center.

Previsioni come quelle rilasciate dal team di Brennan sono fatte da esseri umani che selezionano diversi modelli e decidono come sintetizzare le informazioni.

Le proiezioni dei percorsi degli uragani sono diventate costantemente più accurate negli ultimi 30 anni poiché i modelli meteorologici su larga scala e i computer che li gestiscono sono migliorati. Gli errori medi nelle previsioni del percorso degli uragani sono scesi da circa 100 miglia nel 2005 a circa 65 miglia nel 2020. La differenza potrebbe sembrare piccola quando le tempeste possono essere larghe centinaia di miglia, ma quando si tratta di prevedere dove colpiranno gli effetti peggiori di un uragano, ogni piccola oscillazione conta, dice Brennan.

Comprendere e prevedere l'intensità degli uragani è stato più impegnativo che prevedere i loro percorsi, poiché la forza di un uragano è determinata da fattori più locali, come la velocità del vento e la temperatura al centro di una tempesta. Tuttavia, anche le previsioni sull'intensità hanno iniziato a migliorare nell'ultimo decennio. Gli errori nella previsione dell'intensità entro 48 ore sono diminuiti dal 20% al 30% tra il 2005 e il 2020.

Potenziare le previsioni

Quando si creano modelli per prevedere qualcosa di complicato come il tempo, è facile risucchiare risorse aggiuntive del computer, afferma Brian Gross , direttore del NWS Environmental Modeling Center.

Ciascuno dei supercomputer NWS, a 12,1 petaflop, è circa 150.000 volte più potente di un normale laptop.

I modelli possono trarre vantaggio dalla potenza di calcolo in diversi modi e ogni modello può assorbire rapidamente enormi quantità di capacità. Un modello può diventare più complesso digerendo più informazioni o utilizzando una fisica più complicata per rappresentare meglio il mondo. In un modello meteorologico, questo potrebbe significare maggiori dettagli sui processi nell'oceano quando si considera la frequenza degli uragani.

Una maggiore potenza di calcolo potrebbe anche consentire a un modello di diventare geograficamente più preciso. I modelli meteorologici funzionano suddividendo il globo in un mucchio di pezzi e cercando di calcolare cosa accadrà in ciascuno di essi. Un modello a risoluzione più alta spezzerà il globo in frammenti più piccoli, il che significa che ce ne sono più da considerare.

Infine, i ricercatori possono mettere insieme quello che viene chiamato un modello di insieme, che eseguono fino a 20 o 30 volte. Ciascuna di queste corse viene eseguita in condizioni leggermente diverse per vedere come differiscono le previsioni. I risultati vengono quindi conteggiati e considerati insieme.

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Probabilmente hai visto modelli d'insieme nelle previsioni degli uragani. Considera una tempesta che inizia nell'Oceano Atlantico. Se una previsione complessiva contiene un'ampia varietà di risultati, con la tempesta diretta in Texas in alcuni e costeggiando la costa orientale in altri, ha molti percorsi plausibili. Ma se i membri dell'ensemble mostrano tutti la tempesta che colpisce la costa del Golfo della Florida, i meteorologi possono essere più certi di dove atterrerà.

I precedenti aggiornamenti del supercomputer hanno portato a miglioramenti in più aree per alcuni modelli, come il multiuso Sistema globale di previsione dell'ensemble (GEFS). Nel 2018, l'ultima volta che il sistema è stato aggiornato, NWS ha aumentato la sua risoluzione da 34 chilometri a 25 chilometri e il numero di modelli nell'insieme da 21 a 31.

Le modifiche e la conseguente precisione delle previsioni hanno reso la vita più facile a funzionari come Jim Stefkovich , un meteorologo dell'Agenzia per la gestione delle emergenze dell'Alabama che aiuta il governo statale a prepararsi ai rischi meteorologici. All'inizio della mia carriera, molte volte le cose colpivano senza preavviso, perché la tecnologia non era così buona e gli avvertimenti non erano sempre così accurati, dice Stefkovich. Non lo vedi più così tanto.

Ma anche oggi, i segnali dei meteorologi non sono sempre chiari al pubblico, che potrebbe non essere sintonizzato su ogni temporale, o potrebbe non capire la differenza tra un orologio temporale (sono previste condizioni pericolose) e un avviso di tempesta (loro sono già stati osservati). Se le persone non sanno come reagire, una previsione migliore non le aiuterà davvero a rimanere al sicuro, afferma Stefkovich.

Questo è successo durante Ida, dice. Le previsioni per il percorso della tempesta e la sua forza erano accurate pochi giorni prima. Ma in parte a causa della scarsa comunicazione, dozzine di persone hanno perso la vita e milioni di persone hanno perso l'elettricità o hanno visto le loro case o le loro auto danneggiate.

Il cambiamento climatico significa che il rischio di condizioni meteorologiche estreme probabilmente peggiorerà. I meteorologi sperano che previsioni migliori, comunicate nel modo giusto, possano aiutare le persone a prendere decisioni migliori quando arrivano le tempeste.

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