Penurunan perkiraan cuaca numerik AS yang tidak perlu. – Beragampengetahuan

Minggu ini, saya menerima telepon dari reporter Washington Post yang ingin membahas alasannya di Amerika Serikat Kami tertinggal dalam penggunaan pembelajaran mesin untuk prakiraan cuaca. Ceritanya ada di sini.

Reporter itu hanya menceritakan separuh ceritanya: Model ramalan cuaca global tradisional Amerika Serikat yang memecahkan persamaan kompleks yang menggambarkan fisika atmosfer. telah menolak sampai menjadi normal

Khususnya, model UFS global NOAA berada di peringkat ketiga atau keempat di belakang pusat-pusat Eropa. Kantor Meteorologi Inggris dan seringkali orang Kanada. Plot di bawah ini menunjukkan perbandingan troposfer tengah (pada tekanan 500 hPa) antara European Center dan NOAA.

Tapi ini lebih buruk dari ini. Pusat Eropa secara aktif mendorong prakiraan cuaca numerik AI/ML (kecerdasan buatan/pembelajaran mesin), dan upaya mereka untuk menghasilkan prakiraan yang lebih ahli membuat NOAA kesulitan melakukannya.

Terus terang, ini adalah perkiraan operasi AS. Hal itu dibiarkan begitu saja.– Kita telah berada dalam keadaan biasa-biasa saja dengan sedikit harapan akan perubahan.

Ini sama sekali tidak diperlukan dan saya dapat memberi tahu Anda alasannya. SAYA telah menulis dua makalah peer-review di jurnal meteorologi besar (Di Sini) dan telah bertugas di komite nasional serta menghadiri banyak pertemuan untuk mempertimbangkan masalah ini.

Prakiraan Cuaca Numerik (NWP) Amerika Serikat, yang menggunakan simulasi komputer untuk memprediksi kondisi cuaca di masa depan, mungkin adalah yang terbaik di dunia.

Negara kita berinovasi dalam teknologi dan telah memimpin dunia selama beberapa dekade. Kami memiliki lembaga penelitian meteorologi terbesar di dunia. dan membelanjakan lebih banyak uang untuk prakiraan cuaca dibandingkan negara lain. Sektor swasta kami menemukan pembelajaran mesin dengan prakiraan cuaca numerik.

Amerika Serikat harusnya lebih maju dibandingkan negara-negara lain. di dunia teknologi penyelamat jiwa Mempromosikan perekonomian kita dan mempunyai nilai strategis yang besar. Tapi kami tidak melakukannya

Seperti yang akan Anda lihat Situasi yang tidak menguntungkan ini disebabkan oleh birokrasi yang tidak efisien. Memisahkan prakiraan cuaca pemerintah dari energi kreatif komunitas universitas, dan sebagainya. banyak Uang yang digunakan untuk banyak upaya duplikat. Untuk alasan lain

Alasan nomor satu: prakiraan cuaca numerik AS menyebar ke terlalu banyak lembaga

Di sebagian besar negara Prakiraan cuaca numerik adalah tanggung jawab sekelompok orang. di Amerika Serikat Prakiraan cuaca global pemerintah dipublikasikan melalui lima upaya:

• Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional NOAA (Upaya terdepan AS)
• Angkatan Laut Amerika Serikat
• Angkatan Udara Amerika Serikat
• beragampengetahuan
• Departemen Energi Amerika Serikat

Oleh karena itu, kemampuan ilmu pengetahuan dan teknis serta sumber daya komputer tersebar di lima cluster. yang sangat menghambat kemajuan

Tapi ini lebih buruk dari itu. Perkembangan NWP yang independen (dan penting) lainnya ditemukan di Pusat Penelitian Atmosfer Nasional. Ini adalah upaya bersama dari komunitas universitas. Instansi pemerintah umumnya tidak memanfaatkan sepenuhnya penelitian dan pengembangan universitas.

Ada juga upaya prakiraan cuaca sektor swasta yang besar di seluruh dunia, seperti yang dilakukan oleh IBM/Saluran Cuaca dan beberapa perusahaan teknologi tinggi yang mengembangkan sistem perkiraan AI.

Karena sumber daya negara terbagi Dengan sedikit kerja sama dan sedikit usaha kolektif. kemajuan AS Dalam prakiraan cuaca di seluruh dunia, negara ini tertinggal dibandingkan negara lain. dan keadaan ilmu pengetahuan

Alasan keempat: Organisasi NWP NOAA memiliki kelemahan.

Badan federal AS yang bertanggung jawab atas prakiraan cuaca numerik adalah NOAA, yang mana Layanan Cuaca Nasional merupakan salah satu komponennya. Di dalam NOAA, tidak ada seorang pun yang mempunyai tanggung jawab penuh atas keberhasilan operasional prakiraan cuaca numerik AS.

Saat ini, Direktur NWS Environmental Modeling Center (EMC), yang bertanggung jawab menjalankan model prakiraan NOAA, tidak mengawasi pengembangan model. Mereka ditemukan di luar Layanan Cuaca Nasional di laboratorium NOAA OAR (ESRL, GFDL, dan NSSL). dan terutama mendukung penelitian pemodelan eksternal. Itu ada di Kantor Integrasi Teknologi Sains (OSTI) Layanan Cuaca Nasional dan Kantor Program Cuaca OAR NOAA (WPO), bukan oleh kepemimpinan EMC.

Pembagian tanggung jawab dan sumber daya ini mengarah pada upaya kompetitif. sumber daya yang terbuang serta konflik dan ketegangan yang terkadang tidak produktif.

Manajemen NOAA telah mengambil keputusan buruk yang menghambat kemajuan, misalnya delapan tahun lalu ketika mereka menyadari perlunya mengubah sistem pemodelan global. Oleh karena itu manajemen NOAA memutuskan untuk menggunakan sistem in-house (FV-3) daripada sistem pemodelan yang dikembangkan oleh komunitas akademik (MPAS NCAR).

Menolak untuk melakukan pengujian ekstensif dan menolak peringatan tentang FV-3 (ketidakmampuan untuk mensimulasikan konveksi secara akurat…yaitu badai petir), jadi mereka mengerahkan FV-3 seperti yang diharapkan. Kekurangan model ini semakin terlihat dalam beberapa tahun terakhir, dan NOAA terpaksa meninggalkan FV-3. Dampaknya adalah hilangnya upaya selama hampir satu dekade dan dana publik sebesar puluhan juta dolar.

Alasan keempat: Kurangnya kerjasama dan penelitian serta pengembangan dengan civitas akademika.

Seperti disebutkan di atas, NOAA menolak model yang telah teruji yang dikembangkan oleh komunitas universitas yang disebut MPAS. Saat ini, mereka terpaksa mempertimbangkan kembali keputusan tersebut. dan baru-baru ini diumumkan Dikatakan bahwa mereka akan menggunakan MPAS untuk penggunaan regional. Namun negara ini tidak tinggal diam mengenai perkiraan globalnya.

Namun penolakan NOAA untuk bekerja dengan komunitas universitas yang lebih besar diilustrasikan lebih jauh oleh cerita pusat EPIC. Pada tahun 2017, Kongres mengesahkan Undang-Undang Inovasi Penelitian dan Peramalan Iklim. Hal ini diikuti dengan Undang-Undang Perizinan Sistem Informasi Kekeringan Terpadu Nasional tahun 2018, yang mendirikan Pusat Inovasi Prediksi Global (EPIC).

EPIC diharapkan menjadi pusat pengembangan model dan inovasi nasional yang mandiri. Ini menyatukan komunitas akademis, publik dan swasta. Sayangnya, NOAA menurunkan EPIC menjadi organisasi yang berpusat pada pemeliharaan dan dukungan kode. Ini bukan pusat pembangunan nasional yang independen seperti yang dicita-citakan Kongres. Kontraktor pertahanan besar yang tidak memiliki pengalaman prakiraan cuaca memenangkan kontrak (Raytheon)

Sederhananya, EPIC dianggap gagal.

Alasan keempat: Sumber daya komputer tidak mencukupi

NWP yang beroperasi di Amerika Serikat Ini pernah menghadapi masalah di masa lalu karena kurangnya sumber daya komputer. Mereka sering kali memiliki kapasitas komputasi yang lebih rendah dibandingkan kompetitor yang tidak terlalu menuntut (seperti ECMWF satu dekade lalu). Selama Badai Sandy, komputer NWP dioperasikan oleh NOAA/NWS/NCEP Ia memiliki kapasitas maksimum hanya 0,1 petaflops, atau sekitar sepersepuluh dari kapasitas yang tersedia untuk ECMWF, yang memiliki portofolio NWP yang jauh lebih terbatas. Meskipun NOAA/NWS baru-baru ini menerima peningkatan komputer yang signifikan, ia hanya memiliki sebagian kecil dari sumber daya komputasi dapat digunakan secara efektif dalam NWP operasional. Ada juga kekurangan sumber daya komputer untuk mendukung penelitian.

Prediksi global resolusi tinggi (Jarak jaringan 3 km atau kurang) dapat merevolusi prakiraan cuaca. Hal ini memungkinkan peramalan yang lebih ahli, namun NOAA tidak memiliki rencana untuk mengamankan sumber daya komputasi yang diperlukan untuk mewujudkan hal ini.

Departemen Energi dapat memperoleh sumber daya komputasi yang sangat besar ratusan kali lebih banyak daripada NOAA. NOAA memerlukan akses terhadap kemampuan komputasi tersebut untuk membantu melindungi dan memperingatkan orang Amerika.

Bagaimana cara terbaik AS memprediksi kondisi cuaca global dalam beberapa tahun?

Jika Kongres dan presiden baru menginginkan Amerika Serikat Coba prediksi siapa yang akan menjadi pemimpin dunia dalam beberapa tahun ke depan. Apa yang harus dilakukan:

1. Mendirikan Pusat EPIC di luar NOAA, yang akan menjadi pusat nasional independen untuk mengembangkan dan menguji model prakiraan cuaca global terbaik di dunia. Beberapa hal penting telah dilaksanakan saat ini: model global NCAR MPAS dan infrastruktur asimilasi data JEDI. Ini akan menjadi upaya multi-lembaga dengan partisipasi aktif NCAR dan komunitas universitas.

2. Pindahkan semua pengembangan, dukungan, dan operasi model perkiraan di NOAA ke dalam satu lembaga. dengan satu orang yang bertanggung jawab

3. Mengamankan setidaknya 100 kali lipat sumber daya komputasi saat ini untuk mengembangkan dan mengeksekusi model prediktif.

4. Sebagai bagian dari upaya EPIC, secara aktif mengevaluasi dan menguji pendekatan prediksi berbasis ML bekerja sama erat dengan perusahaan teknologi Amerika yang sudah aktif di bidang ini. Kembangkan sistem prakiraan cuaca ML yang berfungsi termasuk pendekatan terintegrasi dengan model fisika.

Dalam lima tahun kita bisa melakukannya. dengan mudah Untuk menjadi yang terbaik di dunia