Ждать у дисплея погоды

Ждать у дисплея погоды

Очередной экспонат нашего виртуального музея (читатели «СА» еще не забыли – музея чего именно?) не велик, а чрезвычайно велик. Во всех смыслах. Это новейшая – позапрошлого года выпуска – Большая Машина от компании Cray (большая – опять-таки во всех смыслах). Точнее, две машины-«близняшки» – Luna и Surge – стоимостью по $22 млн каждая изанимающие по большому помещению, каждое из которых уставлено шкафами «размером со школьный автобус» (как пишет американская пресса). Остается добавить, чтосуперкомпьютеры расположены в разных городах на восточном побережье Соединенных Штатов: в Рестоне (Вирджиния) и Орландо (Флорида). И являются собственностью одной организации – Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA).

После чего нетрудно догадаться, что же за работу выполняют суперкомпьютеры. Правильно – предсказывают погоду! А задача эта даже в начале XXI века столь сложна, что с ней едва справляется пара сверхмощных компьютеров с производительностью вычислений 2,89 петафлопс каждый (то есть вместе выполняющих почти 6 квадриллионов – 6 тысяч триллионов– операций с плавающей запятой в секунду). Это не самые высокопроизводительные суперкомпьютеры на сегодняшний день: оба всего лишь замыкают вторую десятку самых скоростных в США и первую полусотню в мире. Но все равно мощь невероятная! И требуется она не только для того, чтобы сообщать, сколько завтра – или через неделю – ожидается градусов выше-ниже нуля. Luna и Surge будут математически моделировать, а значит, прогнозировать состояние атмосферы в реальном времени. И предсказывать такие сезонные стихийные бедствия, как тайфуны, циклоны, ураганы, торнадо. Иначе говоря, защищать жизни и собственность американцев, не говоря уж о национальной экономике.

NOAA впервые обратилось за помощью к «суперкомпьютерщикам» из Cray в 2005 году. Но попытки прогнозировать погоду с помощью электронно-вычислительной техники предпринимались задолго до того.

Различные математические модели – «на бумаге» – строились еще в 1920-х годах, но лишь с приходом в мир компьютеров стало возможным моделировать атмосферные явления, вчастности климатические изменения, в режиме реального времени. Причем первый удачный прогноз погоды был сделан в 1950 году на первой же ЭВМ – ENIAC! Команда американских метеорологов в составе Жюля Чарни, Филиппа Томсона и Лари Гейтса, усиленная их норвежским коллегой Рагнаром Фьюртофтом и выдающимся математиком Джоном фон Нейманом (подробнее о нем – см. статью в этом номере журнала. – В.Г.), использовала упрощенные модели атмосферных потоков, доступные обработке на «электронном динозавре» – первенце компьютерной техники.

В 1954 году другая группа исследователей – из шведского Национального института метеорологии и гидрологии – под руководством Карла Густава Россби с помощью той же модели составила первый оперативный прогноз погоды на день вперед. То есть снабдила жителей конкретного города или местности практической информацией, что одеть, выходя на улицу, ивзять ли с собой зонт. И еще спустя год численное прогнозирование погоды в постоянном режиме стало осуществляться в рамках совместного проекта ВВС, ВМФ и Бюро погоды США.

В основе всех математических моделей прогнозирования погоды лежат уравнения, описывающие аэродинамические и термодинамические процессы в атмосфере, с данными, полученными с помощью спутников, метеозондов и наземных метеостанций. Уравнения, естественно, нелинейные, а потому не имеющие точных решений. Для того чтобы решить ихчисленно, уравнения трансформируются в дискретные (во времени и пространстве) линейные, связывающие наборы физических параметров (плотность, скорость, давление, температуру) в узлах вычислительной сетки. Чем больше таких узлов, тем выше точность прогноза, но и тем мощнее должен быть проделывающий такую работу компьютер. И невсякий, а имеющий приставку «супер».

На сегодняшний день даже эти электронные супермашины способны более или менее точно предсказать, «какие будут стоять погоды», от силы на неделю-две. Да и то с привлечением данных статистики: то есть чем более дальний прогноз, тем больше в нем информации о том, какой была и, соответственно, может быть (а не какой точно будет) погода, наблюдавшаяся при аналогичных исходных параметрах тогда-то и тогда-то. Но что касается надвигающихся ураганов или лесных пожаров, то с их прогнозированием уже справляются и сегодняшние суперкомпьютеры. eof

Владимир Гаков

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи