Tikslus oras

Televizijos meteorologas Paulas Douglasas prisimena 1997 m. dieną, kai jis įkvėpimo paskatino įkurti savo įmonę. Jis eteryje numatė, kad per Minesotos miestus dvynius prasiskverbs liūtis, tačiau ne eteryje jis susilaukė daugybės vietinių žiūrovų el. laiškų, norinčių sužinoti, kaip audra gali paveikti jų dienos planus. Tai buvo taip apmaudu, prisimena jis. Kada mano mieste pradės lyti?“ Važiuoju į šiaurę; ar aš įveiksiu lietų?’ Mano vestuvės šią popietę; ar bus lietus?'

Douglasas buvo bejėgis atsakyti į tokius klausimus. Jo prognozė daugiausia buvo paremta informacija iš Nacionalinės meteorologijos tarnybos, kuri numato sąlygas 12 km x 12 km plote ir kurios prognozės neturi nieko pasakyti apie orų pokyčius toje srityje. Ir net jei Douglasas galėtų pateikti tokias lokalizuotas prognozes, jis niekaip negalėtų efektyviai paskleisti suasmenintos informacijos. Ir tada jį ištiko: galbūt jis galėtų visiems pateikti pritaikytą orų ataskaitą. Po dvejų metų, 1999 m., Mineapolyje jis įkūrė „Digital Cyclone“, kuris prognozuoja oro reiškinius šešių kilometrų iki šešių kilometrų plotuose ir teikia informaciją mobiliaisiais telefonais.

Ši istorija buvo mūsų 2003 m. birželio mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

„Digital Cyclone“ yra tik viena iš kelių įmonių, perkeliančių orų prognozes į naujus naudingumo ir tikslumo lygius. „Weather Channel“ Atlantoje, GA, dabar teikia aštuonių kilometrų raiškos žemėlapius ir staliniams kompiuteriams skirtą įspėjimo paslaugą. O „AccuWeather“ valstijos koledže, PA, sukuria vieno kilometro skiriamosios gebos orų žemėlapius, kuriuos galima rasti asmeniniuose skaitmeniniuose asistentuose ir telefonuose, kuriuose veikia internetas. Vartodamos didžiulius pigios kompiuterinės energijos rezervuarus, naujus matematinius metodus koreguoti orų modelius ir aukštųjų technologijų stebėjimo sistemas, šios įmonės naudojasi labai apleistomis orų prognozėmis, kurias Douglas vadina trumpu žaidimu: tai yra patarimais. žmonių apie konkrečias oro sąlygas jų atskiruose rajonuose ar miestuose, o ne tik jų regionuose.

Perėjimas prie tokių didesnės raiškos prognozių gali padėti sutaupyti daug. Pasak Pensilvanijos valstijos universiteto Žemės ir mineralų mokslų koledžo dekano emerito Johno Duttono, daugiau nei 3 trilijonus USD metinės šalies ekonomikos paveikia oro reiškiniai. Ūkininkai, statybininkai, sniego valymo brigados, energijos priežiūros darbuotojai, geležinkelių dispečeriai ir sunkvežimių vairuotojai priklauso nuo tikslių ir tikslių prognozių, kad galėtų efektyviai valdyti savo laiką ir išteklius. Netikėta vėsi oro masė vasaros dieną gali priblokšti energetikos bendrovę su milijonais dolerių nepanaudotos elektros energijos. Vėjo greičio pasikeitimas gali pakeisti ūkininko pasirinkimą purkšti trąšas, kurios gali išsklaidyti ir net sugadinti kaimynines kultūras, kai vėjo greitis viršija 11 kilometrų per valandą. Nedidelis temperatūrų skirtumas gali nulemti, ar sniego valytojai išmes smėlį ar druską. Druska paprastai yra veiksminga tik aukštesnėje nei -7 ° C temperatūroje, o neteisingas sprendimas ją naudoti gali ne tik sumažinti ledo kiekį, bet ir iššvaistyti tūkstančius dolerių mokesčių mokėtojų pinigų.

Nesvarbu, ar tai būtų darbuotojai, ar futbolo mamos, informacijos apie orą paklausa yra nepasotinama, sako Douglasas. Jau yra daug neįtikėtinai naudingos informacijos, tačiau yra reali galimybė ją filtruoti, padaryti savalaikiškesnę, išsamesnę ir tikslesnę bei pateikti naudingesne forma.

Individualizuotos prognozės

Penkis dešimtmečius orų prognozės Jungtinėse Valstijose rėmėsi Nacionalinės orų tarnybos Nacionalinio aplinkos prognozavimo centro Camp Springs mieste, MD, modeliais, pagrįstais naujausiomis kompiuterinėmis technologijomis. Modeliuose naudojama daugiau nei 100 milijonų kasdienių temperatūros, drėgmės, oro slėgio, vėjo greičio ir vėjo krypties matavimų, surinktų iš įvairių pasaulio vietų. Remiantis šiais duomenimis, prognozės skaičiuojamos pasauliniu, nacionaliniu ir regioniniu mastu kas šešias valandas net 12 kilometrų x 12 kilometrų plote.

Tikrasis oras, žinoma, gali labai skirtis net kelių kilometrų atstumu, sako meteorologas Craigas Burfeindas, kartu su Douglasu įkūręs „Digital Cyclone“. Žiemos audros gali turėti tikslią liniją, o kelios mylios į abi puses tos linijos gali reikšti skirtumą tarp lietaus ir šešių colių sniego. Burfeindas pažymi, kad vieną dieną praėjusią žiemą pietiniuose Mineapolio priemiesčiuose temperatūra pasiekė žemiausią 20 s C (70 s F), o šiauriniuose priemiesčiuose liko maždaug užšalimas, todėl šešių kilometrų diapazone temperatūros skirtumai siekė 6 C ar daugiau. Mineapolis netgi nėra šalia didelio geologinio objekto, pavyzdžiui, kalno ar slėnio, galinčio paveikti vėjo greitį ir kryptį, drėgmę ir temperatūrą bei sukurti išmatuojamus skirtumus mažoje teritorijoje. Net ir nemažas vandens telkinys gali sukurti ryškius temperatūros kontrastus, kurie prisideda prie ežero efekto sniego, stipraus pakrantės rūko ar netikėtų perkūnijų.

Orų tarnyba mielai pateiks prognozes kiekvienoje vietovėje, jei tai būtų praktiška. Tačiau norint padidinti prognozės tinklelio skiriamąją gebą iki, tarkime, šešių kilometrų šešiais kilometrais, iš tikrųjų reikia aštuonis kartus daugiau apskaičiuoti. Kitas mūsų žingsnis šioje srityje yra 10 kilometrų, kurie pradės veikti tik 2004 m. pabaigoje, sako Lauren Morone, Nacionalinio aplinkos prognozių centro operacijų pareigūnas.

Tačiau yra ir kitas būdas. Dešimtajame dešimtmetyje Pensilvanijos valstijos universiteto mokslininkai neapdorotus duomenis, surinktus iš Nacionalinės orų tarnybos, pradėjo įtraukti į savo asmeninius modelius. Modelio valdymas anksčiau buvo didelė centralizuota operacija, tokia kaip Manheteno projektas, sako Penn State klimatologas Paulas Knightas. Priešingai, anot jo, naujos kartos kompiuterių modeliai atlieka mažiau skaičiavimų mažesniam Žemės rutulio plotui ir todėl gali sudaryti didelės raiškos vietines orų prognozes, kurias galima palyginti greitai.

Pavyzdžiui, „Digital Cyclone“ naudojasi Penn State sėkme. Bendrovė teikia prognozes daugeliui JAV didmiesčių zonų, naudodama vieną kompiuterį, kad pateiktų orų prognozę konkrečiam miestui. Prognozės dvigubai dažnesnės nei Nacionalinės orų tarnybos ir apima mažesnį plotą; tai yra, jie važiuoja kas tris valandas ir jų skiriamoji geba yra šeši kilometrai maždaug 120 kilometrų spinduliu nuo miesto.

„Digital Cyclone“ klientai gali pasiekti informaciją iš interneto svetainės. Įvesdami savo vietas, jie gali gauti orų žemėlapius, nukreiptus į savo miestus, su radaro vaizdais ir prognozuojamais audros pėdsakais. Tačiau tikroji „Digital Cyclone“ paslaugos vertė, sako Douglas, yra ta, kad žmonės gali gauti informaciją iš savo mobiliųjų telefonų, kuriuose veikia internetas. Vėliau šiais metais tie patys telefonai skleis garsinius įspėjimus, kuriuos siųs įmonė ir pritaikys žmonių poreikiams. Ir tuo metu, kai vis daugiau mobiliųjų telefonų aprūpinta pasauline padėties nustatymo palydovine programine įranga ir signalų imtuvais, teikiančiais informaciją apie jų geografinę vietą, „Digital Cyclone“ kuria programinę įrangą, kuri, kaip tikimasi, bus prieinama per ateinančius kelerius metus, kuri naudotų GPS duomenis siūlo didelės raiškos orų prognozavimo žemėlapius, automatiškai sutelktus pagal telefono vietą.

Verslo fronte

Suasmenintų įspėjimų perdavimas į delninį įrenginį gali atrodyti kaip geriausias orų suvokimo automatizavimas. Tačiau įmonėms taip pat reikia išsamių prognozių, o kai kurie orų tiekėjai jau integruoja informaciją tiesiai į savo stambių pramonės klientų kompiuterius. Šios naujos operacijų su oro sąlygomis lyderis yra Mineapolio „Meteorlogix“. Bendrovė naudoja palydovinį ryšį, kad perduotų pritaikytus orų atnaujinimus tiesiai į kliento veikiančią kompiuterinę sistemą; Iš anksto užprogramuota dirbti su Meteorlogix įspėjimais, kompiuterinė sistema atpažįsta, kurioms operacijoms įtakos turi orai, ir imasi atitinkamų veiksmų.

Lietaus jutimas

Kompiuteriams tampant greitesniais ir pigesniais bei tobulėjant orų stebėjimo prietaisams, mokslininkai žada dar didesnės raiškos prognozes. Kai kurie prognozuoja, kad po dvejų ar trejų metų rezoliucijos sumažės iki vieno kilometro. Tačiau patekti ten bus kova. Pirmoji problema yra didžiulis skaičiavimo galios padidėjimas, būtinas norint atsižvelgti į papildomus oro kintamuosius tokiu mažu mastu. Vietos reljefo topografija, vandens telkinių buvimas, augmenija, debesų susidarymas – į visa tai reikia atsižvelgti, sako Joelis Myersas, „AccuWeather“ įkūrėjas ir prezidentas. Tiesą sakant, norint nuvažiuoti iki vieno kilometro iš keturių kilometrų, reikia maždaug 16 kartų daugiau raumenų.

Nepaisant didelės skaičiavimo kainos, Lloydas Treinishas ir jo kolegos iš IBM Yorktown Heights, NY, tyrimų centro rengia vieno kilometro raiškos orų prognozes. Vadinamasis „Deep Thunder“ projektas yra dalis didesnių IBM pastangų, žinomų kaip „Deep Computing“, kuri yra susijusi su didelio duomenų kiekio analize ir sudėtingų skaičiavimo problemų sprendimu. Kaip ir daugelis įmonių, dirbančių didelės skiriamosios gebos orų prognozavimo srityje, IBM numato verslo galimybes teikti geresnius prognozavimo modelius oro sąlygoms jautrioms įmonėms. Treinishas ir jo komanda modifikavo standartinį regioninį modelį, sukurtą Kolorado valstijos universitete, ir pritaikė jį prie Niujorko vietovės reljefo, vėjo srauto ir vandenyno varomų drėgmės modelių. Jie naudoja duomenis, gautus iš Nacionalinės orų tarnybos, o tada patikrina savo prognozes naudodamiesi netoliese esančiomis meteorologinėmis stotimis, net ir įrengtomis Fishkill, NY. Vėliau šiais metais IBM įrengs dar penkias stotis savo patalpose pietryčių Niujorke, kad padėtų toliau tobulinti modelius. Deep Thunder generuoja atnaujintą 24 valandų prognozę du ar keturis kartus per dieną, o tai reikalauja beveik dviejų valandų kompiuterio laiko vienai prognozei.

Modifikuotas modelis įrodė savo vertę kelis kartus – kaip ir tada, kai jis atpažino 2003 m. vasario mėn. pūgos smarkumą likus maždaug devynioms valandoms iki orų tarnybos. Treinish modelio tikslumą sieja su puikia skiriamąja geba, kuri ne tik suteikia išsamesnį vietos orų vaizdą, bet ir leidžia geriau prognozuoti visą regioną. Jis sako, kad susipažinę su mažesnio masto oro įvykių fizika, galite susidaryti geresnį vaizdą apie tai, kas vyksta su didesnio masto įvykiais, pvz., audromis.

Treinishas netgi kalba apie 500 metrų skiriamąją gebą ateityje, nors jis pažymi, kad tam reikėtų modeliuoti vėjo turbulenciją aplink Niujorko aukštus pastatus ir maždaug 100 kartų daugiau skaičių traiškyti. Tačiau tai nėra negirdėtas skaičiavimo galios padidėjimas, jei norite palaukti keletą metų, sako jis.

Tokios tikslios, didelės raiškos orų prognozės priklauso nuo modelių, kurie reguliariai perkalibruojami, lyginant jų prognozes su faktiškais stebimais orais. Tačiau bandyti pasakyti, ar prognozės gerėja, ar ne, yra sunkiau, nei atrodo, nes skirtumai gali būti subtilūs ir sudėtingi: galbūt vėjo greičio prognozės tampa šiek tiek tikslesnės, o temperatūros prognozės šiek tiek blogėja. Davidas Stensrudas iš Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos stiprių audrų laboratorijos Normane, gerai, pažymi, kad modelių tobulinimas vyksta lėtai. Šie modeliai yra tokie sudėtingi, kad jei galite išspręsti vieną problemą, galite lengvai sukelti kitą, sako Stensrud. Turite paleisti naująjį modelį daugybe atvejų, kad jį patikrintumėte, o tai reiškia, kad reikia daug pastangų.

Ir, žinoma, prognozavimo modelis yra tiek pat geras, kiek jam duomenis teikiantys instrumentai. Galų gale meteorologai galės pasiekti labai išsamius orų duomenis iš didžiulių jutiklių tinklų, nutolusių vos dešimčių metrų atstumu daugelyje šalies dalių. Grupė, vadovaujama kompiuterių mokslininkės ir Kalifornijos universiteto Los Andželo įterptųjų tinklinio jutimo centro direktorės Deborah Estrin, jau diegia belaidžius jutiklių tinklus, skirtus stebėti mikroklimato duomenis, įskaitant, galiausiai, anglies dioksido lygius. medžių ir augalų lopinėliai. Ji sako, kad norime ištirti ryšį tarp oro stebėjimo regioniniu mastu ir mikroskopu.

Tokių konkrečių duomenų rinkimas gali būti mūsų ateityje, bet ar tai praktiška? Skelbiant prognozes miesto kvartalų lygyje tikrai atrodo, kad prognozės yra tikslesnės, sako Craigas Edwardsas, Nacionalinės orų tarnybos Mineapolio biuro vyriausiasis meteorologas. Bet vieno bloko prognozės tikriausiai būtų tokios pat kaip ir kitų blokų. Taip pat yra kompromisas tarp skiriamosios gebos ir to, kiek ateityje modelis gali tiksliai prognozuoti, sako Youngas, dėl to, kaip greitai keičiasi nedidelio masto oro reiškiniai. Šiandienos didelės raiškos prognozės yra naudingos maždaug dienai, sako jis. Greitai einame prie sprendimų, kurie jums nieko nenupirks ilgiau nei po šešių valandų.

Nepriklausomai nuo naujosios technologijos naudingumo, meteorologai galės daugiau jos parodyti savo prognozėse, nes visuomenė bus patenkinta orų žargonu ir žemėlapiais. Visuomenės orų IQ per pastaruosius 10 metų nepaprastai išaugo, sako AccuWeather's Myers. Užuot sakę, kad šiandien yra lietaus tikimybė, galėtume pasakyti, kad lietaus tikimybė yra 20 procentų nuo 10:00 iki vidurdienio, 40 procentų tikimybė tarp vidurdienio iki 14:00 ir 20 procentų tikimybė po to. Tai tokia informacija, kurią galite naudoti planuodami golfo žaidimą.

Kitos didelės raiškos prognozės
BENDROVĖ	GRIDŲ RAIŠKA	PASLAUGA
Meteo konsultacija (Vageningenas, Nyderlandai)	Konkrečiai vietai, atsižvelgiant į meteorologinių stočių vietą	Orų žemėlapiai ir palydoviniai bei radaro vaizdai pristatomi į mobiliuosius telefonus su žiniatinkliu
„MyWeather“. (Madisonas, WI)	110 metrų	Teksto žinučių prognozės siunčiamos į raidinius skaitmeninius gaviklius ir mobiliuosius telefonus
AWS konvergencija Technologijos (Gaithersburg, MD)	Konkrečiai vietai, atsižvelgiant į patentuotų meteorologinių stočių vietą	Internetinė programa, teikianti prognozes energijos pramonės klientams
Orų tarnybos Tarptautinė (Billerica, MA)	Nuo aštuonių iki 10 kilometrų; taško konkrečios prognozės	Orų žemėlapiai ir palydoviniai bei radarų vaizdai, pristatomi žiniasklaidos, energetikos, jūrų ir aviacijos pramonėse dirbantiems žmonėms (pilotai gali gauti duomenis skrydžio metu naudodami asmeninius skaitmeninius asistentus)

paslėpti