Zon, regen of sneeuw voorspellen is al lang geen kwestie meer van weerspreuken lezen in ‘almanakken’ of ‘s avonds met het oog van een boer de lucht bestuderen. Vandaag gaat het om een nauwe symbiose van menselijke expertise en computervemogen. Veel computervermogen.

Is het opletten geblazen voor gladde wegen? Wordt het morgen mooi genoeg voor een uitstapje? Betrouwbare weersvoorspellingen reiken verder dan dat. Er is schier geen economische activiteit die niet direct of indirect in belangrijke mate wordt beïnvloed door het weer. Toerisme en horeca liggen voor de hand, maar er is ook de hele ‘retail’-sector, alle vormen van transport, de bouwsector, de sportwereld, verzekeringsbedrijven en ga zo maar door. Om nog te zwijgen over de landbouw, waar een dagje tempeesten of één nacht bittere vorst het verschil tussen winst of verlies kan uitmaken.

3D spreadsheets

In een niet zo ver verleden stoelden weersvoorspellingen op het uitvoeren van metingen, die zo snel mogelijk verzamelen, uitzetten op kaarten en die ‘snapshot’-gegevens vervolgens zo goed mogelijk interpreteren. Met gegevens over temperatuur, luchtdruk en -vochtigheid, windrichting en -snelheid, gekoppeld aan de kennis en persoonlijke expertise van de meteoroloog, werden decennialang weerberichten voor de volgende dag en wellicht de dag daarop zo goed mogelijk opgesteld. De klachten over ‘Armand Pien leugenaar’ – lange jaren de weerman op de Vlaamse televisie – zullen de oudere lezers niet onbekend zijn. In het laatste kwart van de 20ste eeuw versterkten computers dat arsenaal van onmisbare ‘tools’. Samen met het groeiende inzicht in hoe de verschillende weersfactoren elkaar beïnvloeden, resulteerde dit in een belangrijke sprong voorwaarts in de kwaliteit en de looptijd van de voorspellingen.

De computer speelt vandaag een rol in alle fasen van de weerberichtgeving. Dat betekent zowel het inwinnen en distribueren van de meetgegevens, de verwerking ervan in de grote weermodellen, de interpretatie van die resultaten door de meteoroloog en de verspreiding van de weerberichten (tot bij de eindgebruiker). Wat de eerste en laatste fase betreft, wordt er gebruik gemaakt van ict-middelen die ook voor andere doeleinden en in andere sectoren worden aangewend. De metingen van bijvoorbeeld een thermometer digitaliseren en doorsturen is gesneden koek die ook in heel wat industriële toepassingen een plaatsje heeft. Het doorsturen van de weerberichten over het internet en het aankleden van de voorspellingen tot uitzendklare weerkaarten gebeurt eveneens met ict-middelen die niet specifiek voor de meteorologie werden ontwikkeld.

Dat is wel het geval voor de ict-middelen die het hart van de huidige meteopraktijk vormen: het draaien van de weermodellen en de interpretatie van de resultaten door de meteoroloog. Vooral de weermodellen hebben nood aan de grootst mogelijke ict-kanonnen, zeker bij het uitwerken van de weersevolutie op iets langere termijn.

In wezen vormt een weermodel een gigantische 3D-spreadsheet, waarin het weersverloop in een deel van de atmosfeer over een bepaald oppervlak, respectievelijk van en tot een bepaalde hoogte wordt berekend. Die ruimte wordt opgesplitst in een aantal ‘cellen’, waarvan de afmetingen in feite afhangen van het beschikbare computervermogen (hoe meer rekenvermogen, hoe kleiner de cellen binnen een zelfde ruimte) of het gebied waarvoor de weersvoorspelling is bestemd (bijvoorbeeld een land).

Voor een weersvoorspelling worden een aantal startwaarden (op basis van waarnemingen, inclusief gegevens afkomstig van weersatellieten) ingevoerd, waarna op basis van de regels van het meteorologisch model de weersevolutie doorheen de verschillende cellen wordt berekend. Dat type verwerking leent zich onder meer erg goed voor een parallelle verwerking op krachtige computers.

‘Reading’

Dat verklaart waarom het meest bekende meteo-computercentrum voor de Belgische weersvoorspellingen zich eigenlijk in Groot-Brittannië bevindt, in Reading nabij London. Daar vond het European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (www.ecmwf.int) een onderkomen. Het ECMWF, opgericht in 1975, is een internationale organisatie met 31 lidstaten (waaronder België) die sinds 1 augustus 1979 ‘operational forecasts’ produceert. Vandaag kan het ECMWF het gedrag van de atmosfeer voorspellen voor een periode van maximum 10 dagen. Daarnaast stelt het centrum ook een deel van zijn verwerkingscapaciteit ten dienste van researchactiviteiten in de lidstaten.

‘Reading’ startte met een Control Data CDC6600 supercomputer en heeft sindsdien ongeveer om de twee jaar een compleet nieuwe supercomputer in dienst genomen, met materiaal van Cray, Fujitsu en vandaag IBM. Momenteel wordt gebruik gemaakt van twee IBM Power5+ gesteunde Cluster 1600 systemen, die tot halverwege dit jaar onder contract staan. Vorig jaar werd al een eerste fase geïnstalleerd van een Power6 gesteund opvolgersysteem dat tot 2011 in gebruik zal zijn. Nadien zal een Power7 gesteund systeem de basis van de High Performance Compute Facility (HPCF) vormen. Tussendoor zullen ook de bijhorende snelle netwerken, dataopslagsystemen en secundaire ict-systemen worden aangepast (zoals besproken in het ‘ECMWF Four-year programme of activities 2009-2012’). Voorts wordt ook al begonnen met een marktonderzoek voor een toekomstige HPCF.

Het bijkomende computervermogen zal onder meer worden aangewend om meer factoren in kleinere cellen te verwerken, maar ook bij het creëren van voorspellingen met een looptijd van meerdere maanden. Vandaag wordt gewerkt aan een voorspelling op 6 maanden, waarvoor ca. 40 ‘klonen’ van het model in parallel worden gedraaid. Daarbij wordt gebruik gemaakt van factoren die relatief traag veranderen (zoals de temperatuur van het oceaanwater) en wordt een gemiddelde van de resultaten berekend. Daarbij worden aanwijzingen gegeven hoe betrouwbaar een en ander is, wat de gebruiker toelaat bepaalde risico’s in zijn planning op te vangen. Het ECMWF voert overigens ook klimatologisch onderzoek uit, dat eveneens overwegend met langlopende factoren rekening houdt (in tegenstelling tot de dagelijkse weersvoorspellingen, die met de momentane gegevens werken).

Elders

Overigens heeft het ECMWF hoegenaamd geen monopolie op deze aspecten van het meteorologisch gebeuren. In elk werelddeel zijn gelijkaardige diensten te vinden, en ook sommige nationale weerdiensten – zoals het Britse MetOffice of de Duitse Wetterdienst – beschikken over zware rekencentra. Daarnaast zijn ook de modellen zelf beschikbaar, zoals bijvoorbeeld het MM5 (van Penn State University en het National Center for Atmospheric research) of het Weather Research and Forecasting model. Sinds 1996 is het Belgische KMI betrokken bij Aladin, een multinationaal ontwikkelingsproject voor een regionaal model met een hoge ruimtelijke resolutie (kleinere cellen).

Organisaties kunnen overigens modellen draaien om meer lokaal aangepaste voorspellingen te formuleren. Zo kan het Belgische Meteoservices – een onderdeel van de Europese Meteogroup – een beroep doen op de ict-diensten van Meteoconsult BV, de Nederlandse vestiging van de groep in Wageningen. Momenteel draaien de modellen nog op een enkele Dell Xeon-gesteunde server, maar ook hier wordt voor 2009 een overstap naar een nieuwe HPCF gepland. Dat moet resulteren in het sneller draaien van de modellen, met de mogelijkheid om ook een hogere resolutie te hebben.

Guy Kindermans