Jak superpočítače v roce 2030 změní předpověď počasí?

29. listopadu 2020 19:34

PR Článek Společně s oslavami a ohlédnutím za technologickými inovacemi a milníky společnosti Lenovo za posledních 35 let také nahlížíme na budoucnost technologií a zkoumáme, co bude dál a jaké jsou naše možnosti. Od toho, jakou roli bude hrát technologie ve vytvoření inkluzivnějšího pracoviště nebo toho, jak umělá inteligence ovlivní zdravotnictví a cestu pacienta, se dostáváme k otázce, jaký dopad budou mít superpočítače na předpověď počasí.

Představte si, že zjistíte pouhých 24 hodin předem, že se k místu, kde žijete, blíží strašný hurikán kategorie 4. Jen se obtížemi se schováte nebo přesunete do bezpečí dříve než bičování větru, výpadky proudu a přívalové lijáky způsobí škody, nebo dokonce úmrtí. Varování jeden den předem bylo možné už v roce 1954.

Neustálým vývojem technologií naštěstí dochází i k vývoji a zlepšení předpovědi počasí. Dnes je v mnoha částech světa k dispozici předpověď až se čtrnáctidenním předstihem. (Pozn. redakce: Na webu Slunecno.cz bude 14denní předpověď k dispozici na začátku příštího roku. Na implementaci se již pracuje.)

„V uplynulém desetiletí jsme pozorovali přesnost předpovědí počasí a doba předpovědí se výrazně zlepšila, zejména díky dostupnosti výpočetních zdrojů,“ řekl Scott Tease, výkonný ředitel pro vysoce výkonné výpočetní systémy a umělou inteligenci ve společnosti Lenovo.

Možná nevíte, že za téměř každou předpovědí počasí stojí některé z nejvýkonnějších superpočítačů na světě.

S tím přichází otázka: Jak superpočítače ovlivňují předpovědi počasí nyní a jak tomu bude v budoucnosti?

Než se budeme zabývat touto otázkou, pojďme si nejdříve popovídat o tom, co je to superpočítač a jak funguje.

„Superpočítač bere velmi složité problémy a rozděluje je na části, na kterých souběžně pracují tisíce procesorů, namísto toho, aby se zpracovávaly jednotlivě v jednom systému jako na běžném počítači. Díky paralelnímu zpracování mohou výzkumníci a vědci vytvářet přehled mnohem rychleji, protože na notebooku může trvat několik dní nebo týdnů vyřešit problém, který dokáže superpočítač vyřešit během několika minut nebo hodin,“ vysvětlil Tease.

Uvažujte takto…
Jste v řadě v obchodě s potravinami a čekáte na zaplacení s vozíkem plným čerstvého zboží pro sebe a 10 svých přátel. Bohužel je otevřena pouze jedna pokladna, na které skenuje položky jedna osoba, a řada se začíná zvětšovat. Najednou se otevře 10 pokladen, a tak vy a vašich 10 přátel popadnete každý pár věcí a všichni najednou projdete všemi pokladnami. Potom už trvá pouze několik minut naskenovat, uklidit a zaplatit vaše položky.

Podobně funguje paralelní zpracování. Zpracováním velkých úloh tak, že jsou rozděleny na mnoho malých úloh, na kterých lze pracovat ve více systémech současně, lze řešit problémy, které by mohly být pro jediný systém nevyřešitelné.

To bychom měli, nyní zpátky k superpočítačům a předpovědi počasí

Před použitím superpočítačů nebylo možné dostat včasná varování před vlnou tsunami a výzkumníci nemohli vidět trajektorii nebo dopad hurikánů či studovat vzorce změny klimatu. Mohli jsme vytvořit pouze odhady založené na několika základních vstupech – protože použití složitých modelů s tisíci rychle se měnících proměnných nebylo prakticky možné.

„Dnes se počasí předpovídá pomocí matematických modelů počasí v atmosféře. Tyto modely jsou složeny z rovnic popisujících stav, pohyb a časový vývoj různých atmosférických parametrů, jako jsou vítr a teplota,“ řekl doktor Zaphiris Christidis, vedoucí oddělení počasí ve společnosti Lenovo. „Proto jsou tyto rovnice řešeny numericky na superpočítačích, které simulují skutečné chování atmosféry.“

Tyto simulace počasí však odebírají miliony počátečních údajů ze senzorů na meteorologických satelitech, meteorologických balónech, oceánských bójích a meteorologických stanicích – jde o obrovské množství dat. Modely počasí jsou v dnešní době obecně omezeny výpočtovým výkonem.
Se zvyšujícím se výkonem těchto superpočítačů lze použít složitější modely počasí, je možné přijímat více údajů a přizpůsobit se více scénářům, aby byly vytvořeny přesnější předpovědi.

„I když jsme v 50. letech začali používat počítačové výpočty, předpovědi počasí byly velmi nepřesné kvůli omezené výpočetní síle. Například model počasí, který dnes dokáže standardní server Lenovo ThinkSystem zpracovat za méně než 15minut, by na počítačových systémech v 60. letech trval téměř 600 let,“ dodal doktor Christidis.

Zlepšení výkonu superpočítačů pomáhá zachránit životy

Předpověď počasí představuje mnohem důležitější rozhodnutí, než jen zda si zítra vzít bundu nebo deštník. Včasná varování o závažné změně místních povětrnostních podmínek mají přímý dopad na záchranu životů a minimalizují dopad přírodních katastrof.

„Pokud víme s předstihem, že dojde k závažným událostem týkajícím se počasí, můžeme přijmout preventivní opatření, abychom minimalizovali potenciální dopad,“ dodal Robert Daigle, obchodní vedoucí oddělení umělé inteligence ve společnosti Lenovo.

Pokud víme s předstihem, že dojde k závažným událostem týkajícím se počasí, můžeme přijmout preventivní opatření, abychom minimalizovali jejich potenciální dopad.

„Když se bavíme o zlepšení přesnosti předpovědí počasí a systémů včasného varování, důležité je rozlišení modelu pro zachycení místních jevů počasí. Abychom zdvojnásobili rozlišení meteorologického modelu, musíme zvýšit výpočetní výkon 8krát, proto je vysoký výpočetní výkon nezbytný,“ řekl.

Tease se připojil a uvedl příklad spolupráce společnosti Lenovo a Malajského meteorologického oddělení (MMD). MMD nepřetržitě zajišťuje bezpečnost a klid malajských občanů tím, že předpovídá počasí a vydává příslušná varování týkající se počasí. Své rozlišení chtěli zvýšit ze tří kilometrů na jeden kilometr a zvýšit tak délku své předpovědi ze tří na sedm dní, což vyžadovalo 27 násobné zvýšení výpočetní síly.

Za podpory Škálovatelné infrastruktury Lenovo je nyní MMD schopna spustit model a vytvořit sedmidenní předpověď s rozlišením jeden kilometr za méně než tři hodiny.

„Zvýšení rozlišení modelů počasí umožňuje MMD rozpoznat místní meteorologické vzorce, jako jsou konvektivní bouřky, které jsou v Malajsii velmi běžné, a které mohou přinést silný déšť, krupobití, silný vítr, dokonce i tornáda,“ řekl Tease.

Předpověď počasí v příštím desetiletí

Budeme-li se chtít přesunout do roku 2030, existují tři velké trendy, o nichž si Tease, Christidis a Daigle myslí, že se stanou v předpovědi počasí v příštím desetiletí realitou.

Exascale

Superpočítače Exascale budou poskytovat výpočetní výkon, díky kterému bude možné spustit složitější modely s více datovými vstupy a bude tak možné získat výsledky v extrémně vysokém rozlišení. Pro upřesnění, nejrychlejší superpočítač dnes může provést 200petaflopů. Představte si, jaké by to bylo mít po celém světě stovky superpočítačů, které mají více než pětinásobný výkon.

Prudký nárůst dat

Je skvělé, že použití superpočítačů Exascale se čím dál více přibližuje realitě, protože je budeme potřebovat pro zpracování obřího množství příchozích dat. IDC předpovídá, že globální datová sféra dosáhne rokem 2025 kapacity 175 zeta bytů (ZB) dat.

Pro lepší představu o tom, jak velké množství dat je 175ZB… Jeden ZB se rovná 1 000 000 000 000 GB (1 bilionu GB). Pokud by bylo 175 ZB uloženo na hromadě disků Blu-ray, hromada by byla dost vysoká na to, aby dosáhla ze Země na Měsíc.

Prudký nárůst dat je způsoben především rostoucím počtem senzorů IoT. Ty pravděpodobně ovlivní naše předpovědi počasí, protože do našich simulací začleníme více údajů ze senzorů.

Umělá inteligence (AI)

Jakmile budou číselné předpovědi počasí podrobnější, modely počasí budou vydávat větší objem binárních dat představujících předpovědi počasí. Tato objemná data budou muset interpretovat lidé, předpovídající meteorologové, ještě před vydáním konkrétních předpovědí. Umělá inteligence může představovat mezičlánek mezi superpočítači a předpovídajícím meteorologem pro rozpoznávání a interpretaci jevů nepříznivého počasí, jako jsou tornáda, hurikány a bouře.

Umělá inteligence bude mít také významný dopad na rychlost a přesnost předpovědí počasí. V budoucnu budeme schopni trénovat modely umělé inteligence na základě vysoce přesných simulací, které nám umožní upravovat předpovědi v reálném čase, současně s příchozími novými daty. Umělá inteligence bude také hrát významnou roli při průzkumu klimatu a hledání způsobů, jak minimalizovat dopady změny klimatu na naši společnost.

Mohlo by vás dále zajímat · Velikonoce a Slunce · Přichází v Česku jaro dříve? · Roviny klimatické změny a krize EU zemědělství · Pranostiky na leden · Copernicus: Rok 2023 je nejteplejším v historii · Vybuchla sopka na Islandu · Co drží tzv. cestovatelé v čase skutečně v ruce? · Jak postupovat při pádu na ledu · Aplikace Počasí na plochu i pro Windows 10 a 11 · Jáchymovské doly: Odkaz na minulost

Předpověď počasí na plochu Windows