Superpočítač, jenž předvídá budoucnost. Úspěšně, ale lidé nerozumí pojmům, zní z ČHMÚ

Superpočítač, jenž předvídá budoucnost. Úspěšně, ale lidé nerozumí pojmům, zní z ČHMÚ
Superpočítač Českého hydrometeorologického ústavu za 58 milionů korun, na kterém běží meteorologický model Aladin snažící se odhadnout, jaké bude v příštích dnech nad Českem počasí
Ve vysokých skříních superpočítači tepe 640 procesorů, každý o dvanácti jádrech.
Tento superpočítač funguje od loňského roku. Díky jeho výpočetní síle dokáže meoteorologický model Aladin předpovídat podobu atmosféry nad Českem pomocí složitých dynamických rovnic a prostorových a časových derivací.
Na základě dat z modelu Aladin pak meteorologové ČHMÚ připravují finální předpověď.
Foto: Thinkstock
Jakub Heller Jakub Heller
31. 7. 2019 7:31
Motýl mávne křídly a na druhé straně zeměkoule o pár hodin později vznikne hurikán - to nejoblíbenější příklad teorie chaosu. Jde o připomínku toho, že i ta nejmenší změna může v uzavřeném systému vést k naprosto neočekávaným důsledkům. Atmosféra je přesně takovým systémem, a proto se s chaosem musí při každé předpovědi počasí potýkat i superpočítač v Českém hydrometeorologickém ústavu.

Příliš se k sobě nehodí. V útrobách novogotické architektonické památky, zámku v Komořanech, se skrývá jeden z nejvýkonnějších počítačů v Česku. Jeho úkolem je, bez nadsázky, předpovídat budoucnost. Řeč je o superpočítači za 58 milionů korun, na kterém běží meteorologický model Aladin snažící se odhadnout, jaké bude v příštích dnech nad Českem počasí. 

Nainstalovali ho minulý rok a jeho výkon si normální člověk jen těžko představí, jelikož s běžnými počítači takřka nesnese srovnání. "Je to asi jako kdybyste chtěli porovnávat osobní automobil a přepravní letadlo. V notebooku máte jeden procesor a ten má zpravidla čtyři jádra s nějakou frekvencí. V superpočítači máme procesorů 640 a nemají jen čtyři jádra, ale dvanáct," říká Radmila Brožková, vedoucí Oddělení numerických předpovědi ČHMÚ.

Co však podle ní ve skutečnosti dělá superpočítač superpočítačem, je propojení procesorů ve vysokorychlostní interní sítí. "Proto i kdybyste si těch notebooků koupil třeba dva tisíce, abyste vyrovnal ty počty jader, model na nich počítat nepůjde," dodává.

Jednotlivé procesory superpočítače ČHMÚ za 58 milionů korun spojuje vnitřní vysokorychlostní síť.
Jednotlivé procesory superpočítače ČHMÚ za 58 milionů korun spojuje vnitřní vysokorychlostní síť. | Foto: ČHMÚ

Díky těžko představitelnému výkonu umí superpočítač poměrně úspěšně předpovídat, jak bude v dalších dnech vypadat atmosféra nad Českem. Denně takové předpovědi připraví hned čtyři a jsou o poznání kvalitnější než ty, které si možná vybaví pamětníci minulého režimu.

Zatímco na začátku sedmdesátých let zvládali čeští meteorologové počasí na následující den předpovídat s asi 83procentní úspěšností, dnes už se zmýlí v pouhých pěti procentech případů. Přesto mnoho Čechů nemá o meteorolozích a jejich předpovědích nejlepší mínění.

Počasí se dá předpovědět přesně. Lidstvo tam ale nedospělo

Na jednu stranu je to pochopitelné. V dobách, kdy člověk dokáže na vzdálenosti mnoha milionů světelných let pořídit snímky černé díry, či jen z elektromagnetického vlnění zjistit, z jakých materiálů se skládají stejně vzdálené hvězdy, zdá se být předpověď počasí něčím triviálním. Něčím, co už má mít lidstvo dávno v malíčku. Je jen těžko pochopitelné, proč nás z nenadání překvapí kdejaká bouřka. 

Opak je ale pravdou, předpověď počasí je jedním z nejobtížnějších problémů, do kterého se mohlo lidstvo vůbec pustit. "Jedním ze základních parametrů atmosféry je fakt, že nikdy nezopakuje svůj stav dvakrát. Je to příliš složitý systém," říká Brožková. Přesto dodává, že pokud by člověk znal všechny počáteční podmínky, tedy skutečný aktuální stav atmosféry, mohl by teoreticky docela přesně předpovědět, jak ta stejná atmosféra bude vypadat třeba i za půl roku. Díky tomu, že je atmosféra sice chaosem, ale takovým, který má svá jasná pravidla, měl by totiž šanci spočítat, jak spolu souvisí rychlost větru nad Pacifikem s přeháňkami nad ukrajinskou pastvinou. 

"Kdybychom věděli úplně přesně výchozí stav atmosféry a znali úplně přesně všechny její zákonitosti, dovedli bychom tu budoucnost spočítat. To se ale asi nikdy nenastane. Nedovedu si představit, že bychom kdy proměřili celou atmosféru," říká Brožková.

Model Aladin v ČHMÚ, stejně tak jako všechny jiné modely na světě, si tak musí vystačit s těmi daty, která jsou dostupná. Pocházejí z různých zdrojů. Některé posílají data neustále - jako například meteorologické stanice či satelity obíhající kolem země. Některé jen občas - například letadla a nákladní lodě, které shromažďující informace o místní teplotě a rychlosti větru. Většina zemí světa si tyto informace navzájem sdílí, ale ve výsledku jich není dost.

"Takže do problému předpovědi počasí vstupujeme už se dvěma základními nejistotami. Jednak nemáme změřeno všude a všechno, to je první chyba už na začátku, a jednak nemáme ani dokonalý model, který by přesně popisoval zákonitosti chování atmosféry," říká Brožková.

Za předpovědí počasí stojí nesmírně složitá matematika

Samotný model Aladin je nesmírně složitý matematický program, který dokáží pochopit jen skuteční odborníci. Zjednodušeně se dá říct, že model počítá s naměřenými údaji, které jsou roztříděny do prostorové mřížky nad Českou republikou a velkou částí okolní Evropy. Celkem je takových bodů asi 80 milionů v 87 vertikálních hladinách a na ploše o hraně asi 2500 kilometrů. Každý bod je od toho sousedního vzdálen asi 2,3 kilometru a jsou o něm známy hodnoty tlaku, teploty, větru či vlhkosti.

Pak přichází na řadu dynamické rovnice. Některé popisují například proudění vzduchu a vycházejí z Newtonových zákonů. Další vycházejí ze zákona zachování energie a hmoty. Jde o složité rovnice plné parciálních prostorových a časových derivací - žádná středoškolská matematika. Jejich výsledkem je odhad, jak bude atmosféra vypadat za dané časové období.

To je však jen začátek, model Aladin musí do kalkulace zahrnout i elektromagnetické záření, které vyzařuje slunce a samotná Země. Stejně tak je třeba zapracovat srážky a orografii, tedy tvar zemského povrchu. Především hory a pohoří mají na výsledné počasí obrovský vliv. Zcela nejtěžší je pak předpovědět vznik konvekčních jevů, tedy bouří. Ty totiž vznikají poměrně znenadání při překročení daných podmínek.

"Běžně předpovídáme počasí s přesností na desetinu stupně"

Výsledkem je odhad, který s každým dalším dnem ztrácí na přesnosti. Na jeho základě jsou meteorologové ČHMÚ ochotni "podepsat se" pod podrobnou finální předpověď na osm následujících dní, kterou už vidí například diváci televizního zpravodajství. Údaje modelu Aladin, který je pro Česko nejpřesnější a nejpodrobnější, při tvorbě takové předpovědi srovnávají s minimálně dalšími třemi dostupnými modely, vlastní zkušeností i aktuálním stavem počasí po celé republice.

Údaje z Aladinu meteorologové srovnávají s minimálně dalšími třemi dostupnými modely, vlastní zkušeností i aktuálním počasím nad Českem.
Údaje z Aladinu meteorologové srovnávají s minimálně dalšími třemi dostupnými modely, vlastní zkušeností i aktuálním počasím nad Českem. | Foto: Jakub Heller

Nejpřesnější předpověď je samozřejmě ta na další den. I obecný výhled počasí až na následujících patnáct dnů ale dává podle meteorologů nějaký smysl, na delší odhady už ale není z pohledu statistiky spolehnutí. Na druhou stranu, nejkratší předpovědí jsou si poměrně jistí. "U předpovědi teploty do 24 hodin máme náhodnou chybu do jednoho a půl stupně, soustavná chyba se nám drží kolem jedné až dvou desetin stupně, což je velmi dobré," dodává Brožková.

Matoucí slova "místy" a "ojediněle"

Za mýtem, že meteorologové spíše hádají, než předpovídají, tak podle jejich slov stojí trochu něco jiného. "Může vám pršet na devadesáti procentech území, mohou být povodně a obrovské úhrny, ale na deseti procentech nespadne ani kapka a hned má desetina lidí pocit, že předpověď nevyšla, i když jinde lidé plavou," říká meteoroložka ČHMÚ Jana Hujslová.

Část viny podle ní nesou také některá média a obecně webové stránky, které čerpají předpovědi z nekvalitních zdrojů, a ještě je neúměrně zjednodušují. "Třeba naše předpověď je poměrně podrobná a detailní, ale když ji někdo zjednoduší na to, že zítra bude slunečno a uvede jednu teplotu pro celou Českou republiku, je jasné, že předpověď nevyjde," říká Hujslová. 

Přiznává však, že ani meteorologická hantýrka situaci příliš nepomáhá. Například slova jako "ojediněle" či "místy" pomáhají meteorologům vyjádřit plošnost jevu. Nejsou to ale prázdná slova - něco znamenají. Když je v předpovědi uvedeno, že bude něco ojediněle, znamená to, že se to odehraje maximálně na 30 procentech území. Když je něco místy, může to ale být už na 30 až 70 procentech území.

"Pořád se o tom bavíme, jestli nepřiblížit tu mluvu trochu více uživatelům. Uvažujeme také o tom, že bychom do předpovědí zapracovali i pravděpodobnost a například uváděli, že je vysoce nebo naopak jen málo pravděpodobné, že bude bouřka," dodává.

 

Právě se děje

Aktualizováno před 6 hodinami

Trump omilostnil exporadce Flynna, zapleteného do ruského vlivu na přechozí volby

Americký prezident Donald Trump na Twitteru oznámil, že omilostnil svého někdejšího bezpečnostního poradce Michaela Flynna, který se na konci roku 2017 přiznal, že lhal Federálnímu úřadu pro vyšetřování (FBI). Ten ho vyslýchal v rámci vyšetřování údajného vlivu Ruska na prezidentské volby v roce 2016. Informovala o tom agentura Reuters.

Udělení milosti Flynnovi je vyvrcholením čtyřleté politické a právní aféry. O chystané milosti pro Flynna psal už dříve dnes server Axios s odvoláním na nejmenované zdroje. Udělení milosti Flynnovi podle něj znamená, že do záležitosti už dál nebudou moci promluvit soudy ani ministerstvo spravedlnosti poté, co se v lednu podle všeho stane prezidentem demokrat Joe Biden.

Zdroj: ČTK
před 7 hodinami

Maďarský zákon, který zakazuje úřední změnu pohlaví, přezkoumá ústavní soud

Soud v Miskolci (Miškovci) požádal maďarský ústavní soud o přezkoumání zákona, jenž zakazuje transgenderovým osobám změnit si v oficiálních dokladech jméno a pohlaví. Informuje o tom agentura AP s odvoláním na maďarskou nevládní organizace Háttér, která se zabývá ochranou práv LGBT (leseb, gayů, bisexuálů a transgenderových osob).

Soud v Miškovci tak vyhověl signatářům petice, kteří tvrdí, že zmíněný zákon porušuje ústavní právo na lidskou důstojnost a soukromý život. Podle AP má nyní ústavní soud na přezkoumání zákona 90 dní.

Autoři zákona, který maďarský parlament schválil letos v květnu, tvrdí, že "biologické pohlaví" člověka určují od narození chromozomy a nemůže být tudíž změněno. Proto je podle nich nezbytné aplikovat stejná pravidla v úředních dokladech. Kritici upozorňují, že zákon bude v důsledku znamenat větší diskriminaci transgenderových osob.

Zdroj: ČTK
Další zprávy