13 febrero 2006

Convierte tu PC Linux en un sistema de Predicción Meteorológica



Convierte tu PC Linux en un sistema de Predicción Meteorológica Imprimir E-Mail
lunes, 13 de febrero de 2006
Con Linux se pueden hacer muchas cosas, desde servir contenidos web con Apache, montar un MediaCenter con Freevo hasta tener un completo y fiable sistema de predicción meteorológica basado en el modelo MM5. Lo único que necesitas es espacio en disco, ancho de banda y toneladas de horsepower...

Un poco de Historia

Allá por 1903 un noruego llamado Vilhelm Bjerknes afirmó que utilizando las ecuaciones de la termodinámica y de la física de fluidos, conociendo con precisión la situación de la atmósfera en un instante dado y sabiendo las leyes que determinan el estado de la atmósfera partiendo de un estado previo, era posible realizar predicciones fiables.

El problema estaba en que la solución de este problema pasaba por resolver un sistema de ecuaciones en derivadas parciales no lineales para las que no hay soluciones analíticas.

Más tarde Lewis Fry Richardson, aproximadamente en 1910 ideó un método pare resolver aproximadamente estas ecuaciones (diferencias finitas) y se puso a recopilar datos meteorológicos de un día concreto.

Con estos datos, un par de huevos y piscinas de café se puso a hacer números y resolver estas ecuaciones. Le llevó seis semanas realizar los cálculos para una predicción de seis horas de una pequeña región. Para colmo los resultados no fueron nada satisfactorios.

Más tarde diría: Harían falta 64000 personas trabajando por turnos para prever el estado de la atmósfera con mayor rapidez que la de la evolución real.

Más adelante en 1950 von Neumann, Charney y Fjörtoft realizaron la primera simulación numérica del tiempo. Utilizaron el ENIAC para realizar los cálculos y les llevó 33 días programar y ejecutar tres predicciones de 24 horas. En este caso, los resultados fueron muy alentadores y esta experiencia supuso el inicio de la predicción meteorológica moderna.

Esta introducción esta extraida del artículo Predicciones del Tiempo y Matemáticas, de Mikel Lezaun.

Un modelo numérico actual: el MM5

Existen muchos modelos de predicción, el HIRLAM que utiliza el INM, el ALADIN desarrollado en Francia, el WRF y el que nos ocupa, el MM5.

El MM5 es un modelo desarrollado por la Universidad de Pennsylvania (PSU) y el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR). Es un modelo mesoescalar lo que significa que es adecuado para extensiones de terreno medias, en contraposición a escalas sinópticas (un continente aproximadamente) y microescalas (una provincia).

El MM5 se ejecuta en casi cualquier máquina Unix, y por supuesto, es posible instalarlo en Linux. Lo único que necesitas es:

  • 128 MB de memoria, aunque recomendaría muuuucha más
  • 2 GB de espacio en disco, de nuevo muuuuuuucha más es muy recomendable
  • CPU rápida, no es necesaria, aunque si no quieres hacerte viejo viendo como tu equipo resuelve ecuaciones diferenciales más vale que sea rápida. Un cluster es mucho mejor.
  • Un compilador de Fortran. Desgraciadamente el compilador de GNU no funciona, por lo que habrá que instalar el de Portland Group (de pago) o el de Intel (gratis para usos no comerciales).
La instalación del modelo lleva algún tiempo y no es tan simpre como un apt-get mm5. Cuando bajas el MM5, bajas el código fuente, y es tarea tuya compilarlo. Hace un tiempo escribí una guía de instalación del MM5 y el feedback que recibí de la lista de usuarios fue muy positivo. Por tanto, siguiendo la guía y el tutorial online no tendrás problemas en tener el modelo funcionando en unas pocas horas (o no tan pocas, depende de tu ancho de banda y de la potencia de tu equipo).

La instalación del modelo por defecto, viene con todo configurado para ejecutar la simulación de un caso sucedido en Estados Unidos en Marzo del 1993 y conocido como la Tormenta del Siglo. A lo largo del tutorial se aprende cómo modificar los archivos de configuración y con los datos adecuados, es posible simular cualquier día y realizar predicciones.

Resultados

Existen muchas aplicaciones para ver los resultados, aunque las que comento en la guía de instalación son 2: vis5d y GrADS. De ambas son de las que muestro algunas capturas de la situación del próximo míercoles a las 18:00UTC:

Vis5d
Vis5d mostrando temperatura en superficie

GrADS mostrando temperatura y viento en superficie
GrADS mostrando temperatura y viento en superficie

GrADS mostrando temperatura y viento en superficie
GrADS mostrando temperatura y viento en superficie

Lo siento por la calidad de las imágenes, redimensionando no terminan de verse claras.

Como curiosidad, en un Dual Intel Xeon a 3,06 GHz una simulación de 3 días lleva unas 8 horas de cómputo.

Conclusión

Linux es un SO lo suficientemente versátil como para desenvolverse con soltura en campos tan diferentes como la computación científica, el escritorio o el entorno de servidores de todo tipo. Dichos campos son muy diferentes entre sí, en el escritorio se necesita interacción rápida, en servidores la escalabilidad es crucial y en aplicaciones científicas la eficiencia en el consumo de recursos es crítica.

En el caso de la computación científica y concretamente en los modelos numéricos de predicción, cumple con creces.

Comentario[s]
Lo acabo de poner en barrapunto
Escrito por Invitado el 2006-02-13 10:17:55
Pero hay algo que no encuentro, y es... ¿cómo se introducen los datos iniciales en el ordenador? ¿esto es un paquete "llave en mano" o hay que hacérselo uno mismo? ¿podrías hacer un "cómo" que incluya la forma de obtener los datos para cada población, y que así cada uno pueda intentar hacer sus predicciones locales?
No, no es un todo en 1
Escrito por Javi el 2006-02-13 10:34:59
Realmente sólo son necesarias dos cosas:

Datos de la topografía del terreno, que pueden ser descargados desde la propia web del mm5: terrain data

Datos de la situación de la atmósfera del momento que queramos simular: datasets for MM5

Estos archivos suelen ser bastante pesados, en concreto los de la topografía del terreno una vez descomprimidos se van hasta los 30GB de espacio. Se utilizan resoluciones muy altas con gran nivel de detalle.
Totalmente fuera de lugar
Escrito por Invitado el 2006-02-13 11:11:31
Tu imagen a pié de página (por cada comentario mato a un gatito) está totalmente fuera de lugar.
mata un gatito
Escrito por Invitado el 2006-02-13 11:13:56
:grin a ver como es esto de ke el bichito ese mate un gatito :x
cojonudo
Escrito por Invitado el 2006-02-13 11:15:59
pues eso
yo tb quiero verlo
Escrito por Invitado el 2006-02-13 11:26:38
Lo que uno hace por matar cosas. Asesinos...

Escribe tu comentario
Nombre:
Invitado
Título:

BBCode:
Web AddressEmail AddressBold TextItalic TextUnderlined TextQuoteCodeOpen ListList ItemClose List
Comentario:







Powered by AkoComment 2.0!

Siguiente >
Hay 103 invitados en línea
Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons.

No hay comentarios: