अर्का आणि अरुणिका : हवामान अंदाज आणि संशोधनातील झेप

आकृती 1: सुपर कॉम्पुटर अर्का चे उद्घाटन. सौजन्य: इंडियन इन्स्टिटय़ूट ऑफ ट्रॉपिकल मेटिऑरॉलॉजी (IITM)

वैविध्यपूर्ण हवामान आणि चक्रीवादळ, उष्णतेच्या लाटा, अति मुसळधार पाऊस व दुष्काळ यांसारख्या नैसर्गिक आपत्तींना बळी पडणाऱ्या भारताला हवामान अंदाज तंत्रज्ञानातील प्रगतीचा लक्षणीय फायदा होतो. त्यात भर म्हणून हवामानातील बदलामुळे अशा घटनांमध्ये वाढ होत आहे. अशा वेळी, अचूक हवामान अंदाज आणि सर्वसमावेशक हवामान संशोधनाची गरज आजपेक्षा जास्त कधीच नव्हती. याच पार्श्वभूमीवर पुण्यातील पाषाण रोडच्या ‘इंडियन इन्स्टिटय़ूट ऑफ ट्रॉपिकल मेटिऑरॉलॉजी (IITM)’ येथे ‘अर्का’ नावाच्या नवीन उच्च-कार्यक्षमता संगणकीय प्रणालीचे (HPC) उदघाटन २६ सप्टेंबर २०२४ या दिवशी पृथ्वी विज्ञान मंत्रालयाने (MoES) केले.

ही अत्याधुनिक प्रणाली भारतातील हवामानचे अंदाज आणि हवामानामुळे सामोरे जाव्या लागणाऱ्या आव्हानांना प्रतिसाद देण्यात क्रांती घडवून आणण्यासाठी सज्ज झाली आहे.

अर्का आणि अरुणिकाचे अनावरण

या उपक्रमाच्या केंद्रस्थानी अर्का ही ११.७७ PetaFLOPS आणि ३३ पेटाबाइट्स (PB) साठवणीची संगणकीय क्षमता असलेली शक्तिशाली HPC (High-Performance Computing) प्रणाली आहे. IITM मध्ये स्थित असलेली अर्का HPC प्रणाली, नोएडा येथील ‘नॅशनल सेंटर फॉर मीडियम रेंज वेदर फोरकास्टिंग (NCMRWF)’ येथे स्थित असलेल्या ‘अरुणिका’ या अतिरिक्त ८.२४ PetaFLOPS संगणकीय क्षमता असलेल्या HPC प्रणालीला पूरक आहे . एकत्रितपणे, या दोन्ही प्रणाली भारताच्या पृथ्वी विज्ञान मंत्रालयाला एकूण २२ PetaFLOPS ची संगणकीय शक्ती प्रदान करत आहेत. या आधीच्या ६.८ PetaFLOPS च्या तुलनेत ही एक उल्लेखनीय सुधारणा आहे. या प्रणालींना स्टँडअलोन AI आणि मशीन लर्निंग (ML) सेटअपद्वारे अधिक अद्ययावत केले गेले आहे. विशेषत: अतिजटिल हवामानाची प्रारूपे आणि हवामानाचा अंदाज देणारे सिम्युलेशन्स हाताळण्यासाठी या प्रणालींना डिझाइन केलेले आहे. एकत्रितरित्या या प्रणालींमध्ये भारताला जागतिक हवामान अंदाजामध्ये आघाडीवर नेण्याची क्षमता आहे.

साठवण आणि संगिकीय क्षमता

संगणकातील माहिती साठवण्याची क्षमता (डेटा स्टोरेज) मोजण्यासाठी ‘बाइट्स’ नावाचे एकक वापरतात. उदाहरणार्थ, सध्याच्या फोनमध्ये साधारण १२८ गीगाबाइट्सची (GB) साठवण क्षमता म्हणजेच स्टोरेज असू शकते. यामध्ये ८५ तास किंवा ३.५ दिवस इतक्या वेळेचे HD क्वालिटीचे व्हिडिओ जतन करू शकतो. ‘पेटाबाईट’ (PB) हे अतिशय मोठे एकक आहे. १ पेटाबाईट म्हणजे सुमारे १ दशलक्ष गीगाबाइट्स (GB) किंवा १००० टेराबाइट्स (TB) असते.

आकृती 2: पेटाबाईट, टेराबाईट आणि गिगाबाईट - साठवण क्षमतेतील फरक दर्शवणारी तुलनात्मक आकृती सौजन्य: https://www.lifewire.com

या १ पेटाबाईट स्टोरेज मध्ये १३ वर्ष इतक्या कालावधीचे HD क्वालिटीचे व्हिडिओ जतन करता येतात. यावरून ३३ पेटाबाईट म्हणजे किती मोठं स्टोरेज असेल याचा अंदाज लावता येतो का पहा. हे झालं स्टोरेजबद्दल, आता जाणून घेऊ संगणकीय क्षमतेबद्दल. अर्का आणि अरुणिका यांची एकत्रित संगणकीय क्षमता २२ PetaFlops एवढी आहे. सामान्य घरामध्ये सध्या Intel Core i5 प्रोसेसर असलेला संगणक असतो. याची संगणकीय क्षमता साधारण १०० GigaFlops एवढी असते; तो संगणक एका सेकंदाला १०,००० कोटी ऑपरेशन्स करू शकतो. १ PetaFlops ची घरातील संगणकासोबत तुलना केल्यास, असे निष्कर्षास येते की, १ PetaFlops संगणकीय क्षमता असलेला संगणक एका सेकंदात जेवढी ऑपरेशन्स करू शकतो, ती करायला घरातल्या संगणकाला साधारण ३ तास लागतात. आणि २२ PetaFlops संगणकीय क्षमता पूर्णपणे वापरल्यास, एका सेकंदात होणारी ऑपरेशन्स करायला घरातील संगणकास २.५ दिवस लागतील!

हवामान अंदाजाची अचूकता वाढवणे

भारतातील हवामान अंदाज देण्याच्या पायाभूत सुविधांमध्ये ‘अर्का’मुळे संगणकीय क्षमतेने एक मोठी झेप घेतली आहे. यामुळे हवामानशास्त्रज्ञांना अधिक तपशीलवार आणि अचूक हवामानाची प्रारूपे तयार करता येतील. चक्रीवादळ, पूर, उष्णतेच्या लाटा आणि दुष्काळ, त्या बरोबर हवामान बदलामुळे वारंवार आणि गंभीर वातावरणीय घटनांचा आगाऊ अंदाज बांधण्यासाठी ही प्रारूपे महत्त्वाची आहेत. पूर्वी हवामान खाते पावसाचा जो अंदाज देईल त्याच्या उलट घडणार अशी धारणा लोकांची झाली होती ती आता बदलते आहे आणि या नवीन उच्च-कार्यक्षमतेच्या संगणकांमुळे आणि हवामानाच्या सुधारित समाजामुळे ती पूर्णपणे खोडली जाईल.

आकृती 3: हवामान खाते : जुनी धारणा — हो. मी हवामान खात्यात काम करतो. तुम्हाला कसं कळलं?

उच्च रिझोल्यूशन मॉडेल

अर्काच्या प्रचंड संगणकीय शक्तीमुळे शास्त्रज्ञांना उच्च-रिझोल्यूशन मॉडेल वापरता येतील, विशिष्ट प्रदेशांमध्ये १ कि.मी. किंवा त्यापेक्षा कमी प्रमाणात हवामान अंदाजांची ग्रॅन्युलॅरिटी वाढेल. ही सुधारित सुस्पष्टता स्थानिक हवामान अंदाजासाठी विशेष फायदेशीर आहे, यामुळे अधिकाऱ्यांना वेळेवर इशारे देण्यास आणि येणाऱ्या वादळांसाठी किंवा हवामानातील अचानक बदलांसाठी चांगली तयारी करण्यास वेळ मिळेल.

जलद अंदाज

अर्कामुळे हवामान डेटावर प्रक्रिया करण्यासाठी लागणारा वेळ खूपच कमी होईल. या वाढीव गतीमुळे अतिवृष्टीसारख्या तीव्र हवामानाच्या घटनांचे इशारे लोकांपर्यंत लवकर पोहचतील आणि पूर्वतयारीला जास्त वेळ मिळेल. यामुळे नुकसान कमी करण्यात आणि जीव वाचवण्यात महत्त्वपूर्ण फरक पडू शकतो.

हवामान संशोधनात प्रगती करणे

१-२ दिवसाच्या हवामान अंदाजांव्यतिरिक्त, दीर्घकालीन (बऱ्याच वर्षांचे) हवामानाच्या अभ्यासामध्ये अर्का महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावेल. येत्या दशकांमध्ये हवामान कसे विकसित होईल हे समजून घेणे आणि त्याचा अंदाज करणे हे कृषी, शहरी नियोजन आणि आपत्ती व्यवस्थापनातील माहितीपूर्ण निर्णय घेण्यासाठी आवश्यक आहे.

हवामान बदलाचे अनुकरण

नवीन एचपीसी प्रणाली शास्त्रज्ञांना विविध हवामान बदल परिस्थितींचे सिम्युलेशन (एखाद्या गोष्टीचा अभ्यास करण्यासाठी तदनुरुप प्रतिकृती तयार करणे) करण्यास सक्षम करेल. वाढते तापमान, हिमनद्या वितळणे आणि सागरी प्रवाह यांसारख्या घटकांचा भारताच्या हवामानावर कसा परिणाम होईल, याचे विश्लेषण करून धोरणकर्ते भविष्यातील हवामानविषयक आव्हानांचा सामना करण्यासाठी सक्रिय निर्णय घेऊ शकतात.

प्रादेशिक हवामान मॉडेल

अर्काच्या साहाय्याने सह, संशोधक भारतातील विशिष्ट भागांसाठी हवामानाच्या नमुन्यांचा अंदाज लावणारे अचूक प्रादेशिक हवामान प्रारूप विकसित करू शकतात. हे प्रारूप स्थानिक सरकारांना आणि समुदायांना भविष्यातील हवामान परिस्थितीशी जुळवून घेण्यासाठी शहरांच्या विकासा आराखड्यात काय बदल करावे लागतील, याचा अंदाज बांधायला मदत करतील. बदलत्या हवामानास प्रतिरोधक अशा कोणत्या कृषी पद्धती आणि पायाभूत सुविधांचा विकास करायला हवा, याचाही अंदाज करता येईल.

एआय आणि मशीन लर्निंगची भूमिका

अर्कामध्ये असलेली स्वतंत्र AI आणि ML प्रणाली भारताच्या वातावरण आणि हवामान संशोधनाच्या प्रगतीमध्ये आणखी भर घालते. AI अल्गोरिदमचा फायदा घेऊन, हवामानशास्त्रज्ञ मोठ्या प्रमाणात ऐतिहासिक हवामान डेटाचे नव्याने विश्लेषण करू शकतात आणि अधिक अचूक अंदाज वर्तवू शकतात.

आकृती 4: हवामान खात्याचे बदलते रूप — मी हवामान खात्याचा अंदाज पाहून घरा बाहेर पडतो. तुम्ही पण आता हवामान खात्याचा अंदाज पाहत जा आणि त्याचे अनुसरण करा.

सुधारित प्रेडिक्शन मॉडेल्स

AI टूल्स डेटामधील गुंतागुंत आणि परस्पर संबंध ओळखू शकतात जे पारंपारिक पद्धतींद्वारे शक्यतो लगेच उघड होऊ शकत नाहीत. हे स्मार्ट हवामान मॉडेल भूतकाळातील हवामान घटनांमधून ‘शिकतात’ आणि यामुळे अल्पकालीन हवामान आणि दीर्घकालीन हवामानाचा कल या दोन्हीचे अंदाज सुधारतील.

आपत्ती पूर्वतयारी

AI च्या मदतीने, अर्का, चक्रीवादळ आणि पूर यांसारख्या नैसर्गिक आपत्तींच्या प्रभावाचा अधिक चांगल्या प्रकारे अंदाज लावू शकेल. यामुळे येणाऱ्या आपत्तीची तयारी आणि त्याच्या प्रतिसादासाठीचे प्रयत्न सक्षम होतील. अर्काचा वापर करून, AI आपत्तीला सामोरे जाण्यासाठी करावे लागणारे लोकांचे त्यांच्या राहत्या जागांमधून स्थलांतर, संसाधन वाटप आणि मदतीसाठी सर्वोत्तम धोरणे सुचवू शकतात. (निर्वासन हा हिंदी शब्द वाटतो आहे. म्हणजे बलपूर्वक निकाल देना, deportation. येथे लोकांचे स्थलांतर म्हणायचे असावे.) हवामान बदलामुळे पुण्यात होणारी अतिवृष्टी, येणारे पूर यांचा अंदाज यापुढे अर्कामुळे मिळू शकेल आणि त्यामुळे होणारी स्थावर व जीवित हानी थोपवली जाईल, अशी आशा करू या.

• Tags:
• Climate
• Cloud
• Technology