Om du har sett den senaste Intel-reklamen kan du fråga, vad är en superdator och hur använder vetenskapen det?
Superdatorer är extremt kraftfulla skolbussstorlekar. Deras stora storlek kommer från det faktum att de består av hundratusentals (och ibland miljoner) processorkärnor. (Som jämförelse körs din bärbara eller stationära dator ett.) Som ett resultat av denna kollektiva datorkapacitet är superdatorer oerhört kraftfulla. Det är inte ovanligt för en superdator att ha en lagringsutrymme i närheten av 40 petabyte eller 500 tibibyt RAM-minne. Tror du att din 11 teraflop (biljoner operationer per sekund) Macbook är snabb? En superdator kan nå hastigheter på tiotals petraflops-det är kvadrillioner av operationer per sekund!
Tänk på allt som din persondator hjälper dig att göra. Superdatorer utför samma uppgifter, bara deras uppspända kraft tillåter volymer av data och processer som ska undersökas och manipuleras.
I själva verket är dina väderprognoser möjliga på grund av superdatorer.
Varför meteorologer använder superdatorer
Varje timme varje dag registreras miljarder av väderobservationer av vädersatelliter, väderballonger, havbojar och ytväderstationer runt om i världen. Superdatorer utgör ett hem för denna tidvattenvåg av väderdata som ska samlas in och lagras.
Superdatorer rymmer inte bara datamängder, de bearbetar och analyserar dessa data för att skapa väderprognosmodeller. En vädermodell är det närmaste till en kristallkula för meteorologer; det är ett datorprogram som "modellerar" eller simulerar vad atmosfärens förhållanden kan vara någon gång i framtiden. Modellerna gör detta genom att lösa en grupp ekvationer som styr hur atmosfären fungerar i verkligheten. På detta sätt kan modellen ansluta sig till vad atmosfären sannolikt kommer att göra innan den faktiskt gör det. (Så mycket som meteorologer tycker om att göra avancerad matematik, som kalkyl och differentiella ekvationer... ekvationerna som används i modeller är så komplicerade, det tar veckor eller månader för dem att lösa för hand! Å andra sidan kan superdatorer ungefärliga lösningar på så lite som en timme.) Denna process att använda modellekvationer för att numeriskt uppskatta eller förutspå framtida väderförhållanden är känt som numerisk väderprognos.
Meteorologer använder prognosmodellutgången som vägledning när de bygger sina egna prognoser. Outputdata ger dem en uppfattning om vad som för närvarande händer på alla nivåer av atmosfären och även vad som är möjligt under de kommande dagarna. Prognoser tar hänsyn till denna information tillsammans med sin kunskap om väderprocesser, personliga erfarenhet och kännedom om regionala vädermönster (något som en dator inte kan göra) för att utfärda dina prognos.
Några av världens mest populära väderprognos- och klimatövervakningsmodeller inkluderar:
- Global Forecast System (GFS)
- Nordamerikansk modell (NAM)
- European Center for Medium-Range Weather Procasting Model (europeisk eller ECMWF)
Möt Luna och Surge
Nu är USA: s miljöanpassningsförmåga bättre än någonsin, tack vare en uppgradering av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) superdatorer.
NOAAs datorer, som heter Luna and Surge, är de 18: e snabbaste i USA och bland de 100 mest kraftfulla superdatorerna i världen. Superdator-tvillingarna har vardera nästan 50 000 kärnprocessorer, en topphastighet på 2,89 petaflops och bearbetar upp till 3 kvadriljoner beräkningar per sekund. (Källa: "NOAA slutför uppgraderingar av väder och klimat"NOAA, januari 2016.)
Uppgraderingen kommer till ett prisvärde på 45 miljoner dollar - en brant siffra, men ändå ett litet pris att betala för det mer snabba, Mer exakt, mer pålitliga och mer detaljerade väderprognoser som de nya maskinerna erbjuder den amerikanska allmänheten.
Kan våra amerikanska väderresurser äntligen komma ikapp den kända europeiska modellen - Storbritanniens bullseye-exakta modell vars 240 000 kärnor ledde till att den exakt förutsade banan och styrkan hos orkanen Sandy nästan en vecka innan den träffade New Jersey-kusten i 2012?
Endast nästa storm kommer att berätta.