Kijkje in het hart van de supercomputers van het ECMWF

Reading is een begrip voor meteorologen en weerliefhebbers. Net zoals Offenbach en Bracknell dat zijn. De eerstgenoemde plaats is de lokatie waar de supercomputers van het atmosferische rekenmodel ECMWF staan. De tweede plaats, Offenbach, vormt het hart van het rekenmodel van de Duitse weerdienst; DWD. Bracknell stond voor het Engelse model, dat inmiddels is verhuisd naar Exeter. We nemen je in dit verhaal mee naar Engeland, Reading. Een stad ten westen van Londen, waar achter een groot hek een walhalla van modelinformatie te vinden is.

In onze eigen Wageningse weerkamer gebruiken we meerdere rekenmodellen, maar het ECMWF vormt wel het hoofdmodel. De gegevens daarvan worden in onze computersystemen ingeladen en middels een uitgekiende weging met andere modelinformatie gemengd. De afkorting ECMWF staat voor European Centre for Medium Range Weather Forecasts. Vele wetenschappers uit evenzoveel landen komen hier tezamen om atmosferische berekeningen voor over de hele wereld te produceren. Dat betekent vooral een opeenstapeling van natuurkundige formules waarmee luchtdrukpatronen, golfhoogten, lagedrukgebieden, frontvorming en oneindig veel meer wordt uitgedokterd. En continu wordt er geverifieerd, net zoals er continu wordt gewerkt aan de verbetering van de producten.


_{Het ECMWF ligt ongeveer 70 kilometer ten westen van het centrum van Londen. Het is in 1975 opgericht.}

Wetenschappelijke vibes
Wie het ECMWF gebouw binnen komt, wordt uitbundig begroet door de receptioniste die op luide toon en met een scherp Amerikaanse tongval de toegangsdeuren verkettert. Niet voor niets. Eenieder die de glazen deuren probeert open te duwen wacht een vuurproef. De ene dag gaat de linkerdeur open, alleen bij fors duwen. De andere dag is het juist de rechterdeur waar je na meerdere pogingen doorheen kunt. De ene keer moet je trekken, dan weer duwen. En deze dame moet dat allemaal aanzien en geeft op luide toon haar mening daarover. Het lijkt iets wat het immense team aan wetenschappers toch wel zou moeten weten op te lossen?

Dolend door het hart van ‘ons’ weermodel, voel je de vibes van wetenschappelijkheid. Aan gangen met vrij lage plafonds zitten allemaal kantoortjes. Links en rechts kijkend zijn de medewerkers druk met computers in de weer. Hier worden de modelberekeningen gecheckt, aangescherpt en geverifieerd. In de hal beneden draait een deel van het model op een grote lichtbalk. We zien op de wand de regen langzaam dichterbij Reading komen, geflankeerd door allerlei andere verwachtingsstatistieken. Af en toe staan een paar mensen stil bij de bewegende beelden en wordt er overleg gepleegd. Rondlopend door dit domein van bèta-studies gaan we snuffelend op weg naar het geheime der geheime; de hal met de supercomputers.


_{In de hal naast de receptie geeft een groot scherm de hele dag een aantal fraaie simulaties weer.}

Het hart: de hal
De miljarden berekeningen die door het ECMWF worden gemaakt, vereisen een zeer grote computercapaciteit. Het getal dat we voor onze neus krijgen is: meer dan 1.630.000.000.000.000 berekeningen per run. Vandaar ook dat een aanzienlijk deel van het instituut bestaat uit de computerhal. Vanwege de verzekering mogen er geen foto’s worden gemaakt en dus schuifelen we met de handen op onze rug door de ruimte heen, ongeveer 100 bij 100 meter. Links en rechts en voor ons en achter ons snorren de computers. Een kwart van de computercapaciteit kan gebruikt worden door de lidstaten om hun eigen berekeningen te maken. In een tweede hal staan de mega-computers van het archief. Wie ECMWF informatie inkoopt, kan ook bij het archief terecht. Een opdracht geven gaat via de computer, waarna een robotarm de betreffende disc uit een van de vele rekken trekt en in een computer stopt zodat de klant alle informatie op zijn eigen pc krijgt. We zien de metalen armen heen en weer door het computerarchief dartelen, terwijl de rondleider aangeeft dat de vele warmte van de computers voorlopig nog niet gebruikt wordt en dus vrij de buitenlucht in gaat. We kijken naar buiten om het resultaat te zien: een strakblauwe lucht…

Uitglijders
Van over de hele wereld wordt atmosferische en oceanische informatie verzameld. Vooral satellietgegevens vormen een grote bron voor alle berekeningen die in de hal worden gemaakt. Toch gaat het uiteraard niet altijd goed. De atmosfeer blijft een chaotisch systeem en is (gelukkig) niet totaal te vangen in een model. Vandaar ook dat de verwachtingshorizon maar mondjesmaat oploopt en dat vooral op de gematigde breedten maand- en seizoensverwachtingen moeilijk op te stellen zijn. Soms ook gaat het mis omdat de input van het model niet correct is. Als we in de ‘operational room’ staan, waar elke dag de kwaliteit van het model wordt besproken, gaat het over de Kaspische Zee. Het ECMWF heeft van klanten te horen gekregen dat de golfverwachtingen van een slechte kwaliteit zijn. Een aantal medewerkers gaat daar vervolgens mee aan de slag en ontdekt dat de satellietinformatie die ze momenteel gebruiken niet correct is. De huidige gegevens laten de hele Kaspische Zee ijsvrij, terwijl de noordelijke delen door een ijslaag zijn bedekt. Dat dit grote gevolgen heeft voor golfvorming is evident en dus volgen er aanpassingen.


_{'The blame game'. De klant kan de meteoroloog fijn verwijten dat hij of zij het fout had. De meteoroloog kan de schuld doorschuiven naar de verkeerde modeluitvoer. De modeluitvoer is natuurlijk grotendeels afhankelijk van juiste invoer van informatie. Dat ligt dan weer op het bordje van de wetenschappers. En ja, de wetenschappers, die hebben het mooiste argument: de atmosfeer is chaotisch...}

Een grote uitglijder die vooral vorige winter in Europa speelde, was het bijkans onuitroeibare sneeuwdek waar het model mee rekende. De dichtheid van de oude sneeuw werd dermate hoog berekend dat het als het ware een gletsjer was die ons en een aantal andere landen bedekte. Je kunt je voorstellen dat het al dan niet aanwezig zijn van een sneeuw- of ijslaag grote consequenties heeft voor een aantal andere parameters, waaronder de temperatuur. Dit probleem bleef, ondanks dat het op een gegeven moment bekend was bij het ECMWF, erg hardnekkig. En wel dermate langdurig dat de Deense weerdienst voorop hun website op een gegeven moment direct verwees naar de hoofdschuldige; “Sorry voor onze slechte verwachtingen, dit komt door een grote fout in het ECMWF model.” In de hoop dat er door deze aankondiging snel een oplossing zou komen.

Onzekerheden
Inmiddels is de gletsjer verdwenen, is het in veel plaatsen van Europa zacht en berekent het model dat ook. Maar, de clusters van de EPS zijn al dagen achtereen uitermate wispelturig voor de wat langere termijn. Ze gaan van koud naar mild en dan weer van een brede spreiding naar eensgezindheid. Afgelopen woensdag was in de ‘operational room’ dan ook een kleine plek aan de wand met clusters leeg. Eén van de 51 clusters was namelijk niet uit de mega-computers gekomen; een indicatie van grote onzekerheid. Ergens in de komende tijd lijkt de atmosfeer om te slaan en dat leidt nu al dagen tot moeilijke lange termijnverwachtingen.

_{Bronnen: Meteo Consult, ECMWF}

Citaat van Tyshane, zondag 13 februari 2011, 15:27 uur Mooi verhaal en leuk stukje achtergrond-informatie betreffende het 'ecmwf'. Het mooiste vind ik nog eigenlijk wel de illustratie van de 'blame-game'; de volgorde waarin men elkaar de schuld geeft van weersverwachtingen die niet of verkeerd uitkomen!

Persoonlijk vind ik msschn nog wel het leukste dat er dus altijd enige onzekerheid blijft

goh wat een grote dingen he

Citaat van erik, zondag 13 februari 2011, 19:32 uur :D Over een paar jaar zit al dat rekenvermogen in je mobieltje
En dat is nodig ook voor de ingebouwde HD-Video beamer en de softwarematige ruisonderdrukking die de telefoon van de toekomst laat werken met misschien wel minder dan dertig milliWatt zendvermogen.

Hun met supercomputers , terwijl er ook heel veel mensen zijn die het weer ff voorspellen met een internetverbinding en een laptopje