Artikel top billede

Sådan regner DMI vejrudsigten ud med smart it

Det kræver avancerede algoritmer og en supercomputer, når vejrudsigten skal beregnes. Her får du forklaringen på, hvordan meteorologerne kan forudsige, hvordan vejret bliver i morgen.

Det kan næsten ikke blive mere aktuelt.

Jeg besøger Danmarks Meteorologiske Institut (DMI) på Lyngbyvej i København dagen efter, at historiens værste storm har hærget Danmark med nedfaldne tage og knækkede træer i sit kølvand.

Bent Hansen Sass, der er leder af DMI's center for meteorologiske modeller, har lovet at fortælle, hvordan en vejrudsigt bliver vækket til live gennem data, software og en supercomputer.

"Det er ret kompliceret."

Efter en vridetur gennem bilkøerne på Lyngbyvej bliver jeg pænt modtaget og gelejdet ind i et møderum i den fjerneste del af DMI's lokaler.

Her får jeg fortalt, at engang blev vejret forudsagt efter mavefornemmelse eller mundheld som: Når solen går ned i en sæk, står den op i en bæk.

Det er ikke sådan, man gør på DMI.

"Det er ret kompliceret," fortæller Bent Hansen Sass.

Satellitter føder DMI med data

Det første trin i en vejrprognose er at hente friske data.

Satellitter, der kredser i forskellige baner rundt om Jorden, skal derfor tømmes for information. På den måde får man friske målinger af atmosfærens tilstand, der kan danne udgangspunkt for en analyse.

Data hentes eksempelvis også fra andre meteorologiske organisationer eller indsamles lokalt.

"Cirka hver fjerde time overflyves Danmark af en satellit, der sender en stor klods binær information til os. Ikke kun med vejrdata, men med alle mulige informationer" fortæller Bent Hansen Sass.

"Herefter skal vores software så finde frem til de informationer, der er relevante for en vejrudsigt."

Begrundelsen for at sende en kæmpe stor klump ettaller og nuller stammer fra en tid, hvor der var mere besværligt at sende data. Det handler om hastighed.

Dagens teknologi er dog blevet mere effektiv, og man arbejder på at strukturere disse informationer langt mere systematisk.

"Vi er så småt begyndt at anvende en avanceret form for databaser, hvor informationer fra en satellit kan bearbejdes, før vi modtager dem. Det bliver nok den fremtidige måde at gøre det på," fortæller han.

De data, som DMI modtager, indeholder eksempelvis informationer om tryk eller temperaturer.

Det geografiske område, der dækkes af satellitten, er opdelt i en masse kubiske bokse med hver sine vejrdata.

Data på kanten

I en vejrmodel er resultatet meget afhængig af den præcise udgangsposition, man benytter ved starten af simuleringen.

Kvaliteten af vejrprognosen er med andre ord afhængig af de vejrdata, som modellen 'fodres' med.

Desuden afhænger prognosekvaliteten af, hvor realistisk atmosfærens processer beskrives af modellen.

Ifølge gængse teorier er der en grænse for hvor lang tid frem det aktuelle vejr kan forudsiges. Det skyldes, at atmosfæren har en såkaldt kaotisk opførsel, der begrænser forudsigeligheden til cirka to uger.

Nu er datafundamentet indsamlet, og selve analysearbejdet kan begynde.

Analyse og prognose foregår i det omtalte gitter af kubiske bokse. Den horisontale dimension af boksene i DMI's model er tre kilometer, mens den vertikale dimension er langt mindre og varierer meget opefter i atmosfæren.

Modellen anvender 65 vertikale lag. Der er 20 lag under den nederste kilometer. Det øverste lag ligger i godt 30 kilometers højde.

"De nederste lag er de vigtigste for en vejrprognose, da de viser vejret i det område, som vi befinder os i. Når man kommer højere op, er vejret også mere ensartet. Det er eksempelvis derfor, at fly flyver i en højde over 11 til 12 kilometer. Her er vejret langt mere konstant," fortæller Bent Hansen Sass.

Beregningen af vejret opdeles i kubiske bokse med hver sine vejrdata, der igen inddeles i op til 65 vertikale lag. Illu: Niels Veileborg. 

Fysiske love
For at beregne vejret i hver enkelt boks skal satellit-informationerne gennemregnes ud fra algoritmer og vejrmodeller, der eksempelvis er baseret på fysikkens love.

"Det er eksempelvis Newtons 2. lov, der beskriver, hvordan luft og vand flyttes rundt, samt hvorledes luften sammentrykkes og udvides," fortæller han.

Herudover beregner computermodellerne en lang række processer som dannelse af nedbør, beskrivelse af strålingsprocesser, opvarmning og afkøling af landoverflader og meget, meget mere.

Det sker ud fra atmosfærens - landoverfladernes - og oceanernes opførsel.

DMI's prognoseprogrammer er primært bygget op i programmeringssproget Fortran, der er en forkortelse for FORmula TRANslation/TRANslator.

Fortran har udspring i 1950'erne, og det benyttes stadig især til numeriske og matematiske beregninger og til parallel databehandling. Det har derfor været dominerende inden for natur- og ingeniørvidenskab.

De fysiske processer som stråling, turbulens og nedbørsprocesser beregnes først i vertikale søjler fra bund til top i atmosfæren. Beregningerne foregår i de vertikale lag.

Data på kanten

Når data for hver af de enkelte søjler med horisontal dimension på tre gange tre kilometer er blevet gennemtygget af Cray-computeren i kælderen hos DMI, er man igennem første omgang.

Nu skal indholdet i søjlerne så beregnes horisontalt for at give et svar på, hvordan trykket og vinden udvikler sig over hele Danmark og ikke kun i et kvadrat med en sidelængde på tre kilometer.

Ligeledes tilføjes modellen de såkaldte rand-data.

Rand-data indeholder informationer om, hvordan vejret er uden for det horisontale område, som den regionale model dækker.

En vejrprognose influeres naturligvis af vejret andre steder på kloden. Det tager man højde for ved at specificere randværdierne i form af vejrdata (prognose) fra det europæiske vejrcenter ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasts), som ligger i England.

Når alle disse beregninger er blevet gennemgået, har man den første prognose klar.

"Men vi regner faktisk processen igennem 25 gange hver sjette time for at mindske usikkerheden i forudsigelsen. Hver prognose udføres ud fra lidt forskellige forudsætninger omkring forholdene i atmosfæren," fortæller Bent Hansen Sass.

Fra storm til skybrud

De mere specifikke beregninger er dog mest henvendt til professionelle brugere. Det kan eksempelvis være en gartner, der er afhængig af, at hans planter ikke får frost.

"Vi har mulighed for at have et specielt fokus i vores beregninger, det kan eksempelvis være frost. På den måde kan vi levere prognoser til specifikke grupper af professionelle brugere."

Den vejrudsigt, du præsenteres for i fjernsynet, er dog oftest kun baseret på en enkelt gennemregning, fordi det er den hurtigste metode.

"Men vi arbejder mod, at disse prognoser også bliver beregnet flere og flere gange for derved at blive mere præcise."

"Lidt afhængig af situationen vil det betyde, at vi skulle bruge et sted mellem fire og otte gange den regnekraft, vi har i dag."

Uendelig meget regnekraft
Hvor præcis en vejrudsigt bliver, afhænger naturligvis af detaljegraden af de data, der hældes ind i modellerne og de fysiske rammer, der stilles op for beregningerne.

Og i princippet kan man bruge uendelige mængder af regnekraft, men det er naturligvis altid en balance mellem det økonomisk mulige og den bedst mulige præcision, der arbejdes efter.

For at opnå en mere præcis beregning kunne man eksempelvis nedskære kvadraterne på tre gang tre kilometer, der i øjeblikket bruges, til halvanden gange halvanden kilometer.

"Lidt afhængig af situationen vil det betyde, at vi skulle bruge et sted mellem fire og otte gange den regnekraft, vi har i dag. Og der er vel og mærke uden, at vi ændrer i modellerne eller i datamængde," siger Bent Hansen Sass.

"Vi kunne i princippet gå til meget detaljerede mikrofysiske beregninger, men det ville tage så meget computertid, at det ikke giver mening, når man skal forudsige vejret i reel tid."

Fra storm til skybrud

Selv om computerkraften sætter sine begrænsninger, får DMI nye arbejdsområder, der skal løses.

"Tidligere var det stormvejr, der var det vigtigste at forudsige, men det har ændret sig til at være skybrud."

De mange oversvømmede kældre og mediernes omtale af nye vejrfænomener har altså pålagt Cray-computerne andre beregningsopgaver.

"En storm foregår i meget stor skala, mens skybrud forekommer lokalt og derfor i langt mindre skala. Det betyder, at der skal lokale observationer til beregningerne."

Når et skybrud skal forudsiges, er det altså vigtigt at vide, hvor det regner. Det finder man ud af ved at dække Danmarks overflade med fem radarstationer, der kan rapportere om nedbør.

Nye datakilder til DMI's supercomputere dukker således hele tiden op i takt med krav, presseomtale eller ny teknologi.

"Men det er altid et trade-off mellem computerkraft og hastighed," siger Bent Hansen Sass.

Så selv om der måske er en del sandhed i mundheldet "Aprilsvejr og unge piger er ikke til at stole på," så står der videnskab, software og en solid portion computerkraft bag prognoserne fra vejrprofeterne på tv.

Læs også:

Sådan arbejder Danmarks hurtigste computer

DMI: Stor mystik omgærder supercomputer-nedbrud

DMI's kraftige servere i knæ under regnvejr




Brancheguiden
Brancheguide logo
Opdateres dagligt:
Den største og
mest komplette
oversigt
over danske
it-virksomheder
Hvad kan de? Hvor store er de? Hvor bor de?
Also A/S
Salg af serviceydelser inden for logistik, finansiering, fragt og levering, helhedsløsninger, digitale tjenester og individuelle it-løsninger.

Nøgletal og mere info om virksomheden
Skal din virksomhed med i Guiden? Klik her

Kommende events
Datadrevet forretning 2021: Sæt automatisering og data på den strategiske dagsorden

Ved at anvende data på den korrekte måde, kan du og din virksomhed for alvor sætte skub i konkurrencen. Der ligger en værdifuld viden om kunder, kundeadfærd, konkurrenter, markeder og meget andet i den data, der svæver rundt omkring os. Med den nyeste teknologi er det endda blevet nemmere at automatisere disse processer.

16. juni 2021 | Læs mere


Cloud giver dig fleksibilitet, skalerbarhed og agilitet – men hvordan håndterer man sikkerheden?

Cloudsikkerhed handler om effektiv orkestrering og automatisering for at muliggøre hurtig detektion af og reaktion på incidents. Det handler om at eliminere kompleksitet, det handler om at fortsat sikre smidighed og fleksibilitet. På dette seminar bliver du klogere på hvordan du planlægger, designer, implementerer og kører dit cybersikkerhedsprogram effektivt.

23. juni 2021 | Læs mere


Effektiv drift og support af applikationer i Dynamics 365 FO

Med Microsoft Dynamics 365 for Finance and Operations (FO) er forretningssystemet flyttet i skyen. Dermed er det slut med store opgraderingsprojekter, og virksomheder og organisationer skal i stedet være klar til løbende opdateringer, som sendes ud flere gange om året. Det kræver et særligt fokus på effektiv drift af applikationerne, hvis stabiliteten i applikationerne skal opretholdes og konkurrenceevnen bevares. I dette webinar bliver du inspireret til, hvordan du får mest muligt ud af din investering i Microsoft Dynamics 365 FO med en driftsaftale, så platformen udvikler sig sammen med din forretning.

24. juni 2021 | Læs mere






Premium
Nyt kæmpesystem til politiet fra Netcompany bliver næsten 20 procent dyrere end planlagt: Forsinkes med mere end et år
Halvandet år efter kontrakt-underskrivelsen med Netcompany er omkostningerne til levering af politiets kommende planlægnings-system allerede steget med næsten 20 procent, mens hele projektet skal replanlægges. Det bliver nu mere end et år forsinket. Se her, hvornår det for politiet vitale system ventes klart.
CIO
Der findes ikke noget vigtigere for din virksomhedskultur end psychological safety
Klumme: Forskningen er entydig: Vidensarbejde er mere effektiv, når du tør stille spørgsmål, rejse kritik og indrømme fejl helt uden frygt for at blive straffet eller gjort til grin. Hvis du ikke har fokus på denne del af din virksomhedskultur, så lever din virksomhed og dine medarbejdere ikke op til deres fulde potentiale.
White paper
Er det nu? Eller skal vi vente? Optimér udskiftning af servere i koncernen
Denne analyse giver dig svar på, hvordan du rammer ”the sweet spot”, der sikrer maksimal udnyttelse af eksisterende hardware i koncernens IT-miljø, inden du skifter til nye servere.