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Vorhersage von Rita
Der Direktor des Vorhersagelabors der National Oceanic and Atmospheric Administration sagt, die Bundesregierung verlasse sich immer noch teilweise auf Computermodelle, die für viel größere Wettersysteme entwickelt wurden, um vorherzusagen, was Hurrikane anrichten werden.
Alexander E. (Sandy) MacDonald, Direktor des Forecast Systems Laboratory der NOAA in Boulder, CO, sagt, ein genaueres Modell sei in Arbeit, das schärfere Vorhersagen ermöglichen würde.
Aber um es für die Bereitstellung vorzubereiten, werden mehr Rechen- und Forschungsgelder benötigt. Wir haben noch einen Weg vor uns, sagt er dem Chefkorrespondenten von Technology Review, David Talbot, der ihn diese Woche interviewte.
TR: Die Vorhersage von Katrina war äußerst genau, aber Rita landete weiter nördlich als ursprünglich vorhergesagt. Dies bedeutete, dass die Evakuierung von Houston vielleicht nicht so notwendig war wie die Evakuierung von New Orleans. Wurden nicht für beide Vorhersagen dieselben Computermodelle verwendet?
BIN: Prognostiker verwenden bis zu zehn verschiedene Modelle – das sogenannte Modell-Ensemble –, um zu versuchen, die Hurrikan-Spur und -Intensität zu bestimmen. Es ist, als würde man zehn Börsenmakler anrufen und sagen, was ist die beste Aktie? Sie verwenden all diese Informationen, um die beste Prognose zu erstellen. Hurrikan Katrina war eine sehr genaue Vorhersage, auch weil die Modelle sehr genau waren. Für Hurrikan Rita waren die Modelle in ihren Vorhersagen sehr unterschiedlich, so dass die Vorhersage eine härtere Vorhersage war. Dies hat uns gezeigt, dass wir noch Verbesserungen an den Modellen vornehmen müssen.
TR: Woran liegt es, dass sich die Models bei Katrina mehr einig waren als bei Rita?
BIN: Die unterschiedlichen Niveaus der atmosphärischen Stabilität. Ein Hurrikan kann zwischen zwei Hochdrucksystemen eingeschlossen werden, wodurch eine stabile Rutsche entsteht. Eine instabile Situation ist, dass es keine Rutsche gibt – es gibt nur eine Art offenes Gebiet ohne Hochdrucksysteme, und der Hurrikan kann in jede beliebige Richtung gehen. Katrina war mehr gefangen – es musste in die Richtung gehen, in die es ging. Rita hing von ziemlich kleinen Unterschieden im Druck ab, in welche Richtung es gehen würde.
TR: Die Verbesserung der Modelle beginnt mit dem Sammeln von mehr Hurrikandaten. Wie kann dies verbessert werden?
BIN: Derzeit erhalten wir alle sechs Stunden Messungen eines Hurrikans mit einem bemannten Flugzeug, das Dropsonden trägt – ähnlich wie Wetterballons, nur dass sie Wind, Temperatur und Druck messen, wenn sie vom Flugzeug auf die Oberfläche fallen. Aber Sie könnten tatsächlich ein unbemanntes Flugzeugsystem, ein UAS, in einer Höhe von 65.000 Fuß über dem Auge des Hurrikans mitfahren lassen, und es könnte jede Stunde eine Dropsonde auslösen, die fast kontinuierliche Messungen im Zentrum des Sturms liefert. Das ist etwas, was wir jetzt nicht tun können. Das UAS könnte über Instrumente verfügen, entweder Mikrowellen oder Radar, die uns kontinuierlich die Oberflächenwinde basierend auf den Wellen und anderen Meeressignaturen anzeigen könnten. Das ist ein Beispiel dafür, was möglich wäre.
UAS sind ein Werkzeug, aber es gibt noch eine Reihe anderer: mehr Bojen mit Wetter- und Meeressensoren auf der Wasseroberfläche, mehr bemannte Flugzeuge, bessere Nutzung von Satelliten. Wir könnten auch Doppler-Radar an den bemannten Flugzeugen verwenden, um die Windstruktur der Hurrikan-Augenwand zu messen, die in das Modell eingefügt werden kann, um die Vorhersage zu verbessern.
TR: Sie erwähnen die Dynamik des Auges und der Augenwand. Wie gut werden diese Dynamiken verstanden?
BIN: Hurrikane können sich ziemlich schnell ändern, in eine andere Richtung drehen oder von Kategorie 4 zu Kategorie 1 wechseln. Hurrikane durchlaufen Zyklen der Augenwände. Wenn die neuen Eyewalls wachsen und die alten Eyewalls ersetzen, sehen wir diese Art von Intensitätsänderungen. Die Eyewall ist, wo Sie Winde von 150-200 Meilen pro Stunde bekommen. Jemand beschrieb Hurrikan Andrew als einen 30 Meilen breiten Tornado. Wir wollen also, dass unsere Modelle die Eyewall-Dynamik korrekt einbeziehen. Wir verstehen nicht alles, was Augenwandzyklen verursacht; Wenn wir diese vorhersagen wollen, wollen wir kurzfristige Veränderungen sehen können. Wenn wir wissen wollen, was sie verursacht, müssen wir mehr Messungen vornehmen. Wir haben noch einiges vor. Es gibt viele Dinge, die wir tun können, um die Genauigkeit zu verbessern – zum Beispiel bessere Modelle, nicht nur, wohin der Hurrikan geht, sondern auch, wo die Sturmflut zuschlagen wird.
TR: Mehr Daten und höhere Auflösung bedeuten mehr Rechenleistung, oder?
BIN: Bis vor wenigen Jahren wurden Wettervorhersagemodelle für geografisch große Stürme erstellt, wie die Standard-Tiefdrucksysteme, die wir auf den Wetterkarten sehen. Sie konnten die wichtigsten Wetterereignisse wie tropische Stürme und Gewitter nicht auflösen. Im Moment testen wir neue, noch nicht verwendete Hurrikanmodelle, die mit Auflösungen von 1 bis 4 km (im Vergleich zu den aktuellen globalen Modellen, die mit 40-km-Gitternetzen laufen) laufen und eine viel realistischere Hurrikan-Dynamik aufweisen. Aber um diese zu betreiben, brauchen wir größere, schnellere Computer. Sie sollen helfen, die Hurrikan-Vorhersagen zu verbessern.
TR: Wir versuchen, Hurrikane mit Modellierungswerkzeugen vorherzusagen, die größere Wettersysteme vorhersagen sollen?
BIN: Wir haben ein speziell für Hurrikane entwickeltes Modell, das als eines der Einsatz-Ensemble-Modelle verwendet wird. Es wurde in den frühen 1990er Jahren vom Geophysical Fluid Dynamics Laboratory der NOAA entwickelt, hat jedoch eine geringere Auflösung und berücksichtigt einige der entscheidenden physikalischen Prozesse nicht. Da sich die Modellierungstechniken und die Computergeschwindigkeit weiterentwickelt haben, entwickeln wir ein neues Modell namens Hurricane Weather Research and Forecast Model.
TR: Wie viel Rechenleistung hast du und was brauchst du genau?
BIN: Das operative Wettervorhersagesystem ist ein massiv paralleler Supercomputer von IBM im Gebiet von Washington DC im National Center for Environmental Prediction des National Weather Service. Ein Wettermodell verwendet typischerweise 500 bis 1.000 Prozessoren parallel. Ein schneller Computer ist entscheidend, denn dann kann man die reale Dynamik eines Hurrikans darstellen. Um darzustellen, was in der Eyewall passiert, braucht man ein sehr hochauflösendes Modell und einen sehr schnellen Computer.
TR: Die Vorteile liegen auf der Hand – genauere Vorhersagen können Leben retten und unnötige Evakuierungen vermeiden.
BIN: Sie sagten immer, eine Evakuierung allein kostet eine Million Dollar pro Meile. Wenn Sie 50 Meilen vor der Küste warnen, kostet das 50 Millionen Dollar. Ich glaube, das war vor Katrina. Wir werden uns Rita und Katrina ansehen und sagen, dass sie vielleicht bis zu 10 Millionen Dollar pro Meile kosten, und wir werden eine viel höhere Genauigkeit benötigen. Eine Warnung vor 100 Meilen Küstenlinie würde eine Milliarde Dollar kosten. Es gibt viele Dinge, die wir tun können, um unsere Prognose zu verbessern, damit wir unsere Evakuierungsgenauigkeit verbessern können.
TR: Was gibt die Bundesregierung jetzt für Hurrikan-Prognosen aus und was wird benötigt?
BIN: Wir haben insgesamt etwa 50 Millionen US-Dollar in alles investiert, vom Hurrikanzentrum bis hin zu den Modellen. Ich denke, wenn Sie wirklich sagen würden, dass dies ein außergewöhnliches Problem ist, das wie Katrina 100 Milliarden Dollar kosten wird, würden Sie ein paar Hundert Millionen zusätzlich pro Jahr ausgeben, um sich so schnell wie möglich wirklich zu verbessern.