Fujitsu Limited y la Universidad Nacional de Yokohama han anunciado el logro de la primera predicción en tiempo real del mundo de múltiples tornados asociados a tifones utilizando tecnología avanzada de supercomputación, lo que mejora significativamente la preparación para casos de desastre.
La nueva tecnología utiliza un procesamiento paralelo optimizado a gran escala junto con el Cloud Resolving Storm Simulator (CReSS) mejorado, un simulador meteorológico desarrollado por el profesor Kazuhisa Tsuboki en el superordenador Fugaku de Fujitsu. Esto permite realizar simulaciones únicas de alta resolución que abarcan tanto tifones a gran escala como tornados a menor escala, lo que da como resultado predicciones precisas en tiempo real.
Anteriormente, durante las simulaciones de los tornados del tifón n.º 10, que azotó la zona de Kyushu en Japón en agosto de 2024, se tardó más de 11 horas en predecir si se produjeran o no tornados, lo que hacía que las predicciones no fueran aplicables en la práctica. Esta tecnología fue capaz de reducir drásticamente el tiempo de predicción a 80 minutos, lo que permitió a los dos socios predecir la aparición de un tornado con cuatro horas de antelación. Este cálculo de predicción utilizó solo el 5% de los recursos computacionales de Fugaku, lo que indica el potencial para predicciones aún más rápidas y a mayor escala en el futuro.
Los dos socios lanzarán el CReSS mejorado a la comunidad investigadora en el año fiscal 2024, mejorando significativamente la predicción de fenómenos meteorológicos extremos y potenciando los esfuerzos de mitigación de desastres.
Antecedentes
Aproximadamente el 20% de los tornados en Japón se producen junto con tifones. En respuesta al aumento de los daños causados por los tornados, Japón comenzó a emitir alertas de tornado en 2008. Sin embargo, en comparación con fenómenos meteorológicos como las precipitaciones, que pueden predecirse con gran precisión, los tornados son difíciles de predecir debido a su pequeña escala y corta duración. Las alertas de tornado tienen actualmente un período de validez de aproximadamente una hora, y existe una demanda de períodos de alerta más largos.
Fujitsu y la Universidad Nacional de Yokohama iniciaron un proyecto de investigación conjunto en noviembre de 2022, con el objetivo de abordar los desafíos sociales relacionados con los tifones cada vez más severos exacerbados por el calentamiento global. Esta colaboración, llevada a cabo en el marco del «Laboratorio de Investigación Colaborativa del Centro de Investigación Científica y Tecnológica de Tifones de Fujitsu y la Universidad Nacional de Yokohama», se centra en comprender los mecanismos de formación de los tifones y en acelerar y mejorar la precisión de las simulaciones de predicción de tifones.
Logros del proyecto de investigación conjunta
1. Tecnología aplicada
El simulador meteorológico CReSS, basado en simulaciones meteorológicas de alta precisión que abarcan desde escalas de nubes (horizontales de 50 m a 2000 m) hasta mesoescalas (horizontales de 2 km a 2000 km), simula con precisión la formación y el desarrollo de tormentas eléctricas supercelulares que generan tornados. Sin embargo, el diseño original de CReSS no era adecuado para el procesamiento paralelo a gran escala (miles de nodos) necesario para la predicción de tornados asociados a tifones, lo que daba lugar a tiempos de cálculo paralelo excesivamente largos y lo hacía inadecuado para la predicción en tiempo real.
Para solucionar esto, se desarrolló una versión ligera de CReSS, que redujo significativamente las demandas computacionales mientras mantenía la precisión de predicción necesaria. Además, se empleó la tecnología de procesamiento paralelo a gran escala de Fujitsu, optimizando el mapeo del procesamiento de simulación para la estructura de red de servidores de Fugaku e implementando la ejecución superpuesta de la computación y la salida de archivos. Esto redujo significativamente el tiempo de simulación en Fugaku, lo que permitió obtener resultados de predicción sustancialmente más rápidos de lo que era posible anteriormente.
2. Resultados de la aplicación
Se realizaron experimentos de predicción utilizando CReSS en 8192 nodos de Fugaku para el tifón n.º 10, que causó daños por tornado en Kyushu, Japón, en agosto de 2024. Utilizando datos espaciales en 3D que incluyen temperatura, presión, humedad, dirección del viento y velocidad, la simulación reprodujo con éxito múltiples tornados que se produjeron a lo largo de la costa oriental de Kyushu. La figura 1 muestra los resultados de la simulación de todo el tifón, mientras que la figura 2 visualiza el movimiento del viento y las nubes en un área de 20 km x 20 km en la costa oriental de Kyushu, mostrando claramente múltiples formaciones de tornados.
Vídeo de YouTube:
Seishi Okamoto, vicepresidente ejecutivo y director de Investigación de Fujitsu, Fujitsu Limited, comenta:
Estamos encantados de compartir los importantes resultados de nuestra investigación en colaboración con la Universidad Nacional de Yokohama, un proyecto que abarca más de dos años. Este éxito impulsará aún más la integración de nuestra experiencia y tecnologías. Al avanzar en la investigación de la predicción del desarrollo de tifones y la simulación de predicciones, nuestro objetivo es ayudar a mitigar los desastres relacionados con el clima y disminuir su impacto, contribuyendo a soluciones para el medio ambiente global, uno de los temas clave de materialidad de Fujitsu.
El profesor Hironori Fudeyasu, director del TRC, Instituto de Ciencias Multidisciplinarias, Universidad Nacional de Yokohama, comenta:
Fujitsu – Universidad Nacional de Yokohama. Las investigaciones del Laboratorio de Investigación Colaborativa del Centro de Investigación Científica y Tecnológica de Tifones representan un gran avance en la predicción de tornados asociados a tifones, un fenómeno meteorológico que hasta ahora suponía un reto. El superordenador Fugaku y el modelado de alta resolución permitieron realizar simulaciones de alta precisión a diferentes escalas, lo que dio lugar a predicciones en tiempo real cruciales para mejorar los sistemas de alerta temprana y mitigar el impacto de estos devastadores fenómenos. Se espera que este avance contribuya significativamente a la reducción del riesgo de desastres y a la minimización de las consecuencias medioambientales.
Planes de futuro
Para acelerar la investigación sobre desastres meteorológicos, incluidos los tifones, Fujitsu y la Universidad Nacional de Yokohama tienen previsto publicar la versión paralela a gran escala de CReSS durante este año fiscal. Además, basándose en estos logros, ambas organizaciones trabajarán para mejorar aún más la velocidad y la precisión de las predicciones, aprovechando la tecnología de la IA. A través de estos esfuerzos, contribuiremos a resolver cuestiones medioambientales globales, uno de los temas clave de materialidad de Fujitsu.
