Como o furacão Ida e outras tempestades recentes ilustram, a coleta de dados meteorológicos em tempo real e a previsão precisa são essenciais para proteger vidas e propriedades, bem como verificar os inevitáveis sinistros de seguros quando ocorrerem desastres naturais.
A coleta de dados ambientais usando pequenos satélites é o mais recente refinamento para construir modelos de clima melhores e mais precisos, alimentando informações em centros de dados de supercomputação em todo o mundo.
Hoje, a NOAA tem 40 petaflops de capacidade de supercomputação para previsão do tempo e pesquisa com instalações de HPC localizadas no Colorado, New Jersey, Mississippi, Tennessee e West Virginia. O computador mais recente da NOAA, o Hera, foi construído pela HPE / CRAY e tem 63.840 processadores com capacidade de disco de trabalho de 18,5 Petabytes com desempenho superior de 3,27 petaflops.
A Europa e o Japão operam centros de dados HPC de grande escala semelhantes, dedicados à previsão global (previsão do tempo) e reanálise climática (verificando se as previsões corresponderam ao que aconteceu), com todas as organizações nacionais planejando atualizações constantemente para aumentar as velocidades de processamento e coleta e armazenamento de dados.
Pelo menos 18 dos 500 maiores supercomputadores do mundo são dedicados à pesquisa do tempo e do clima, de acordo com a lista dos 500 melhores , com outros três dedicados à previsão do tempo.
As previsões meteorológicas são tão boas quanto os dados disponíveis para alimentar modelos de software cada vez mais complexos, com informações coletadas de estações terrestres, tráfego de aeronaves comerciais, balões com instrumentos e dados de satélite.
Na primavera de 2020, a precisão da previsão foi atingida devido ao declínio drástico em voos de aeronaves comerciais com os bloqueios COVID-19 e a perda simultânea de dados dessas aeronaves. Em condições normais, as aeronaves em todo o mundo geram mais de 800.000 observações meteorológicas por dia, mas as medições caíram de 75 a 90 por cento.
Na primavera de 2020, a precisão das previsões foi atingida devido ao declínio drástico nos voos de aeronaves comerciais com os bloqueios COVID-19.
Os dados de satélite fornecem um verdadeiro instantâneo mundial das condições meteorológicas, independentemente de outras fontes, com os Estados Unidos em cooperação com outras nações que operam uma frota de grandes satélites usando instrumentos de última geração para coletar medições globais duas vezes ao dia da atmosfera, terrestre e condições oceânicas, incluindo temperaturas da superfície do mar e da terra, nuvens, precipitação, temperatura atmosférica e vapor de água.
Grandes quantidades de dados são coletados por esses satélites, com o JPSS-1 operado pela NOAA gerando 4,5 terabytes de dados por dia, enquanto o satélite Suomi-NPP produzindo até 3,9 TB / dia.
Como os satélites comerciais suportam os modelos climáticos
“Uma previsão de sete dias pode prever com precisão o tempo em cerca de 80 por cento do tempo e uma previsão de cinco dias pode prever com precisão o tempo em aproximadamente 90 por cento do tempo. No entanto, uma previsão de 10 dias - ou mais - é correta apenas na metade do tempo. ” - Site SciJinks da NOAA.
Muita coisa acontece na superfície da Terra nas doze horas entre as passagens dos satélites meteorológicos do governo, abrindo oportunidades para empresas comerciais fornecerem observações de satélite adicionais para complementar e aumentar os dados meteorológicos. A Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA) foi autorizada pelo Congresso em 2016 a comprar um piloto de dados meteorológicos comerciais para uso em sua modelagem e previsão do tempo, concedendo contratos iniciais abaixo de $ 1 milhão cada para GeoOptics e Spire Global .
Nos últimos dois anos, a NOAA aumentou constantemente a quantidade de observações de dados por dia que está comprando e o número de meses que se comprometerá a comprar os dados sob um contrato de Qualidade Indefinida de Entrega Indefinida (IDIQ) para comprar até $ 23 milhões de dólares de dados das empresas. A NOAA começou comprando 500 perfis de ocultação de rádio GPS (GPS-RO) por dia durante trinta dias da Spire Global no ano passado. No último prêmio em 1 de setembro de 2021, a NOAA concordou em comprar 3.000 perfis por dia do Spire durante um período de seis meses.
Fundada em 2021, a Spire opera uma constelação de mais de 110 satélites LEMUR-2, cada um com aproximadamente o tamanho de uma caixa de garrafa de vinho com 30 cm x 10 cm 10 cm. O LEMUR-2 possui um receptor de rádio sensível, capaz de captar mensagens de rastreamento de navios e aeronaves, bem como sons constantes de sinais de satélite de posicionamento global transmitidos por constelações dos Estados Unidos, Rússia e Europa.
De acordo com o processo SEC SPAC da Spire , a empresa coleta um total de 5 terabytes de dados por dia, uma quantidade de informações que sem dúvida deixa a Amazon AWS, seu provedor de nuvem de registro, muito feliz.
O Spire usa o tráfego de sinal GPS global para coletar dois tipos de dados ambientais. A ocultação de rádio GPS (GPS-RO) mede a densidade da atmosfera pelos atrasos dos sinais de rádio, fornecendo informações sobre temperatura, pressão e vapor d'água. A refletometria GNSS é um recurso recém-introduzido que usa sinais de GPS refletidos da superfície do planeta para fornecer informações sobre a umidade do solo e o gelo marinho.
A frota de satélites da Spire atualmente gera até 10.000 perfis GPS-RO por dia. “As medições de rádio-ocultação em uma base diária produzem gigabytes de dados”, disse Dallas Masters, Diretor de Inteligência da Terra / GNSS da Spire. A comunidade de previsão do tempo gostaria de obter até 20.000 perfis GPS-RO por dia como uma meta inicial, mas Spire acredita que há muito espaço para aumentar a escala para atender às necessidades do meteorologista global.
“O Spire vai obter até 100.000 perfis por dia em algum momento no futuro”, disse Masters, com a empresa aumentando o número de satélites que tem em órbita quando o mercado quer mais dados. “Superamos a dificuldade de testar os dados (GPS-RO) por agências meteorológicas e ver a maturidade desses dados e seu impacto. A expectativa é que essas agências vejam esses benefícios e continuem a aumentar essas compras em termos de volume ”.
Usando dados do satélite para guiar as decisões de política
A Orbital Micro Systems (OMS) está começando a aumentar seus esforços para gerar e vender dados meteorológicos comerciais. A empresa voou com um protótipo de satélite nos últimos dois anos, usando um instrumento radiômetro de micro-ondas customizado para capturar perfis 3D de temperatura e umidade da atmosfera. Dois satélites de segunda geração estão sendo construídos para lançamento ainda este ano e em 2022, com a empresa se concentrando no setor de seguros, juntamente com a venda de dados para a NOAA, o Departamento de Defesa e outras organizações.
“Propusemo-nos a formar esta empresa em torno da ideia de melhorar e apresentar novas ideias para a gestão de riscos ambientais”, disse Michael Hurowitz, CEO e CEO da OMS. “Tão importante quanto o sistema de observação aprimorado (por satélite) são a análise de dados, as ferramentas de processamento de dados, a capacidade de extrair informações brutas de sensores e usá-las para conduzir políticas governamentais e de negócios”.
Um único satélite OMS irá gerar 5 GB / dia, com um par de satélites capazes de fornecer informações ambientais detalhadas sobre uma localização na superfície do planeta até quatro vezes por dia em condições ideais. Hurowitz espera ter uma constelação de até 50 satélites fornecendo cobertura global e a capacidade de fornecer informações atualizadas a cada 15 a 30 minutos. OMS é um cliente Amazon AWS, mas seus sistemas de dados são construídos para serem agnósticos em nuvem, portanto, pode fornecer implantações específicas do cliente em outros serviços e para implantações privadas.
Análise de seguros por meio de dados espaciais
Trabalhando com o setor financeiro, Hurowitz vê a OMS apoiando apólices de seguro paramétricas, com apólices de cobertura suplementares entrando em ação com eventos climáticos específicos. Por exemplo, um proprietário pode adquirir seguro suplementar para danos causados pelo vento ou chuva. Os dados de satélite seriam usados para verificar o evento que desencadeou a política que entra em vigor e paga se houver ventos com força de furacão ou chuva excessiva em sua área.
Os produtos meteorológicos personalizados provavelmente se tornarão um impulsionador do crescimento do data center nos anos para se deparar com vários setores verticais, incluindo os setores marítimo, agrícola, financeiro, de energia e de seguros. No futuro, Spire, OMS e outras empresas antecipam o crescimento futuro indo além dos provedores de dados de “Nível 1”, alimentando informações minimamente processadas em modelos meteorológicos de outras pessoas em dados processados de Nível 2 com maior valor agregado e serviços de aplicativos de Nível 3 disponíveis por meio de assinatura.
A Spire já está se associando a terceiros para criar produtos e aplicativos de dados personalizados para clientes, como clientes corporativos como a Chevron e empresas iniciantes como a PredictWind.com, fornecendo aos velejadores esportivos velocidade e direção precisas do vento em mar aberto. OMS antecipa construir seus próprios aplicativos em parceria com parceiros verticais.
