Rechenknechte Supercomputer gegen Wirbelstürme

Mit immer größerer Rechenpower rücken Meteorologen den monströsen Tropenstürmen zu Leibe, die regelmäßig weite Teile der USA ins Chaos stürzen. Bei längerfristigen Vorhersagen stoßen die Supercomputer aber noch immer schnell an ihre Grenzen.


Hurrikan "Ivan" über der Karibik: Supercomputer sollen Monsterstürme entschlüsseln
REUTERS/ NOAA

Hurrikan "Ivan" über der Karibik: Supercomputer sollen Monsterstürme entschlüsseln

Wenn in der Karibik ein neuer Hurrikan auftaucht und sich auf eine unbekannte Bahn nach Norden begibt, wirbelt ein Modell des Sturms im Arbeitsspeicher eines Supercomputers in Kalifornien. Mehrere hundert Prozessoren führen dort Milliarden von Berechnungen in der Sekunde aus, um mit Hilfe komplexer mathematischer Gleichungen den Kurs und die Stärke des Hurrikans vorherzusagen.

Mehr als eine Stunde braucht dafür der Computer im Fleet Numerical Meteorology and Oceanography Center (FNMOC) im kalifornischen Monterey. Zusammen mit den Ergebnissen anderer Supercomputer ergibt sich ein Bild, mit dessen Hilfe die Behörden die Evakuierung ganzer Regionen anordnen. Gefüttert werden die leistungsstarken Rechenhirne mit den Messwerten von Sensoren, die an zahllosen Orten Millionen von meteorologischen Daten sammeln. Zusätzlich lassen Spezialflugzeuge auf der Jagd nach den Wirbelstürmen Sonden mit Messinstrumenten in die atmosphärischen Turbulenzen hinab.

"Ivan" überraschte schrecklich

Bei den Programmen zur Simulation der Atmosphäre hat es in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte gegeben. So konnte die Fehlerquote bei den Prognosen des Nationalen Hurrikan-Zentrums der USA in Miami seit 1998 halbiert werden. Seit dem vergangenen Jahr erstellen die Meteorologen in Miami Fünftagevorhersagen, die zunehmend präziser und verlässlicher werden.

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Wenn es aber zu längerfristigen Vorhersagen kommt, fällt die Qualität der Computerergebnisse rapide ab. So waren die Meteorologen ziemlich überrascht, als der Hurrikan "Charley" am 13. August mit weit stärkerer Wucht den Südwesten Floridas erreichte als erwartet. Und bei "Ivan" rechneten zunächst alle damit, dass er in Florida an Land treffen würde. Tatsächlich aber driftete der Sturm nach Westen und erreichte am 16. September zuerst die Küste von Alabama.

Infrarot-Satellitenbild des Hurrikans "Jeanne" vor Florida: Neue Techniken liefern immer präzisere Daten
AP

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Den Ausschlag für die Qualität der Prognosen geben die mathematischen Modelle, die ständig an neue Forschungsergebnisse angepasst werden müssen. Die in Fortran geschriebenen Simulationen legen ein dreidimensionales virtuelles Netz über die Erde. Für jeden Kreuzungspunkt der Linien werden Luftdruck, Feuchtigkeit, Temperatur, Windgeschwindigkeit und andere Parameter überwacht und verarbeitet.

So wie eine Kamera mit fünf Megapixel ein akkurateres Bild liefert als eine mit einem Megapixel, verbessert eine höhere Auflösung des Atmosphäre-Netzes die Vorhersagen. Und dafür wird eine höhere Rechenleistung benötigt. "Man versucht, die Auflösung immer höher zu treiben", sagt Mike Clancy, Chefwissenschaftler der Marine-Meteorologen in Monterey. "Dies wird aber von der Leistung der Supercomputer begrenzt."

Technologische Aufrüstung

Um die Verlässlichkeit zu steigern, arbeiten die Wissenschaftler mit verschiedenen Arten von Modellrechnungen und legen entsprechend unterschiedliche Ergebnisse vor. Die Planungsstäbe in den für den Katastrophenschutz zuständigen Behörden sollen dann ihre eigenen Urteile fällen.

In den nächsten Jahren wollen Wissenschaftler der National Atmospheric and Oceanographic Administration (NOAA) ein neues Modell von hoher Auflösung erstellen, das das Zusammenspiel der atmosphärischen Strömungen mit dem Meer und dem Land besser erfasst als bisher. Mit dessen Daten soll ein Supercomputer in Maryland arbeiten, wo schon jetzt 116 Millionen Messwerte am Tag verdaut werden müssen.

Dort sind jetzt neue IBM-Cluster geplant, also Verbindungen von mehreren Hochleistungsrechnern, die ihre Berechnungen möglichst schnell vorlegen sollen. "Unsere Daten sind nicht lange haltbar", erklärt Clancy. "Wenn man für eine Dreitagevorhersage drei Tage benötigt, wäre das nicht besonders sinnvoll."

Matthew Fordahl, AP



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