Perú: Con súper computación de alto rendimiento estudiarán El Niño y otro fenómenos de impacto

Cienciactiva - Concytec

Por Claudia Cisneros Méndez
8 de Febrero de 2017 a las 12:45
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Perú: Con súper computación de alto rendimiento estudiarán El Niño y otro fenómenos de impacto
Foto: Cienciactiva

  • Sistema servirá para ampliar el conocimiento sobre los fenómenos geofísicos naturales que generan pérdidas socio-económicas en el Perú. 
  • El modelado numérico del océano y la atmosfera será utilizado por investigadores en universidades, instituciones y centros de investigación del Perú.

El Perú es uno de los países más diversos del mundo, en términos biológicos, geográficos y climáticos. Cuenta con ocho regiones naturales que presentan una gran diversidad de climas y microclimas, desde el árido y cálido de la costa, pasando por el templado, frío y polar de los valles interandinos, hasta los climas cálidos y lluviosos de la selva.

De otro lado, al estar Perú ubicado al sur de la línea ecuatorial, por lo menos dos importantes factores alteran el clima tropical que le correspondería: la elevación de la Cordillera de los Andes, y la corriente de Humboldt que recorre toda la costa del país. Asimismo el anticiclón del Sur, los eventos El Niño y otros fenómenos también son factores concomitantes.

Pero aquello que es fortaleza y oportunidad para su desarrollo y modo de vida, puede volverse en su contra si no se cuenta con las herramientas y conocimientos adecuados que ayuden a comprender, prever y enfrentar los fenómenos geofísicos naturales, que pueden generar importantes pérdidas socioeconómicas. Por ejemplo, las consecuencias del Fenómeno de El Niño entre los años 1982-1983 y 1997-1998 le costaron al Perú US$6,800 millones en términos socioeconómicos, lo que a su vez llevó a una desacelaración en el crecimiento del país. Por otro lado, los daños causados por los sismos ocurridos entre 1970 y 2009 produjeron pérdidas por casi US$29,000 millones a la economía peruana.

“Con investigación científica podemos tener mayor información sobre los procesos naturales y su entorno, identificar y entender sus fortalezas y debilidades, sus vulnerabilidades y riesgos. Y con desarrollo tecnológico aplicado a objetivos y necesidades concretas, se puede asegurar el mantenimiento de nuestros recursos naturales y medioambiente, lo que da sosteniblidad al país”, señala la Dra. Ivonne Montes, líder del proyecto científico que ha ganado un importante financiamiento de s/. 2,058,761 de Cienciactiva y s/. 2,125,740 del Instituto Geofísico del Perú (IGP) para estudiar los procesos de diversos fenómenos naturales geofísicos como cambio climático, Fenómeno El Niño, la erosión hídrica, eventos hidrometeorológicos extremos, entre otros, con el sistema computacional de modelado numérico.

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Con el Sistema Computacional de Alto Rendimiento se pueden prever impactos sobre las poblaciones. Foto: Internet

Esta herramienta de modelado numérico conocida como Sistema Computacional de Alto Rendimiento para la Simulación de Fluidos o HPC-Linux-Clúster, puede resolver miles de cálculos por segundo, desarrollar tareas por largos periodos de tiempo, ocuparse de  diferentes tareas al mismo tiempo. “Usar estos  modelos numéricos como herramientas para la investigación permite ampliar el conocimiento de los fenómenos geofísicos naturales o los causados por intervención humana (antropogénicos)  y evitar o mitigar su impacto socioeconómico. Se pueden  modelar procesos pasados, simular diferentes escenarios y proyectarlos al futuro.

“Es información con datos numéricos que difícilmente podría obtenerse con instrumentos de observación tradicionales pues implicaría tener muchos de esos instrumentos midiendo al mismo tiempo diferentes parámetros en todo el Perú. Tampoco podríamos simular escenarios tomados del pasado y proyectarlos al futuro. Por lo tanto, para  procesar gran cantidad de estos datos de forma ‘más rápida’ y eficiente se  aplican estos  modelos numéricos complementados con las observaciones en campo disponibles. Así, con información muy detallada podemos ayudar a que las autoridades tomen las mejores decisiones”, explica la Dra. Montes.

El modelado es una técnica numérica usada para estudiar y entender el comportamiento y la estructura de un sistema complejo del mundo real. Permite simplificar el costo de la experimentación real y generar una serie de experimentos idealizados sobre situaciones observadas y no observadas. “Si nos referimos específicamente al océano y a la atmósfera, su dinámica y comportamiento pueden ser expresados a través de ‘ecuaciones diferenciales parciales’ que no pueden ser resueltas analíticamente, por lo que requieren ser traducidas a un lenguaje de máquina”, añade la Dra. Montes.

En el caso de las mediciones del océano y la atmósfera, resolver un proceso implica calcular muchos puntos en el espacio: latitud, longitud, profundidad o altitud y tiempo. Es por eso que se requieren computadoras superiores a las convencionales capaces de resolver miles de cálculos por segundo por largos periodos de tiempo.

“El resultado obtenido del cálculo en computadoras es lo que conocemos como datos numéricos y es lo que luego se analiza como si fuera el dato real. Por ejemplo, un modelo numérico del océano me permite tener las características del océano, como temperatura, salinidad, corrientes del mar, etc. desde la superficie hasta el fondo, para un día o varios años. Y con ello puedo estudiar los cambios en la temperatura entre el verano y el invierno o cualquier otro fenómeno. Con el modelo atmosférico puedo obtener datos de la humedad, temperatura de aire e intensidad del vientos y con ello estudiar, por ejemplo, la formación de nubes y precipitación “, puntualiza Montes.

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Simulación de superficial oceánica del Laboratorio de Fluidos Dinámicos Geofísicos de NOAA, EEUU. Foto: NOAA

El proyecto prevé tres tareas: la implementación en físico del sistema, la implementación de modelos numéricos claves para estudiar procesos que afectan a la población peruana y sus actividades, y promover el uso de este sistema para la investigación científica de otras instituciones. Uno de los modelos numéricos claves que se prevé instalar es el denominado ‘Modelo de las Ondas de Kelvin’. Éste servirá para explicar la propagación y dinámica de estas ondas ecuatoriales  que perturban la temperatura del mar y que se sabe constituyen uno de los procesos relevantes en el desarrollo de El Fenómeno El Niño.

“Las ondas de tipo cálidas son las que tienen mayor efecto negativo sobre el Perú. Provocan una reducción en el afloramiento costero y, por ende, un incremento en la temperatura superficial del mar. Esto induce a cambios en la distribución del recurso pesquero que impacta sobre la industria del sector. Adicionalmente, si el calentamiento anómalo se diera en verano, podría inducir fuertes precipitaciones en la costa norte del Perú que, en algunos casos, podría resultar en pérdidas humanas y económicas. Se requiere ampliar el conocimiento respecto a cómo algunos procesos físicos del océano pueden afectar la característica de la onda a lo largo del Pacífico Ecuatorial y en la costa peruana. Conocer esto ayudará a un mejor pronóstico del impacto de la onda Kelvin en la costa peruana y en el desarrollo de El Niño”, precisa la Dra. Montes.

Como parte del proyecto, también se prevé implementar un modelo oceánico de circulación general que simula el comportamiento del océano desde la superficie hasta el fondo, permitiendo estudiar las corrientes oceánicas, los cambios de temperatura desde el ecuador a los polos, características de salinidad, formación de masas de agua. “Será muy útil para el estudio de los cambios asociados con el Cambio Climático y las teleconexiones. Por ejemplo, estudios recientes indican que el transporte de calor del Océano Pacífico y del Océano Atlántico tiene un efecto diferenciado sobre las precipitaciones en la Amazonía”, señala.

En el Perú hay varias instituciones del Estado que utilizan el modelado numérico y que cuentan con computadoras de alto rendimiento, sin embargo, la diferencia con este proyecto es que el beneficiario de la tecnología y de los datos no es solo el IGP, institución que lo desarrolla, sino toda la comunidad científica peruana que tendrá acceso al recurso computacional, al soporte para su uso, a la expertis de los investigadores y a las investigaciones.

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La infraestructura informática del HPC-Linux-Cluster tene 1 nodo principal y 20 nodos computacionales esclavos, conectados para distribuir las tareas de cálculo pero independientes si alguno deja de funcionar. Imagen: U. Kerala

“En el caso particular de las investigaciones que se desarrollan en el IGP, la información que se procesa llega a los diferentes comités científicos que aportan a la toma de decisiones del país, como por ejemplo al ENFEN, que es el ente de monitoreo y prevención del Fenómeno El Niño, al Sistema de Alerta para la previsión de eventos Hidrometeorológicos, entre otros”, apunta la Dra. Montes.

El proyecto se inició en febrero de 2015. Un año después el HPC-Linux-Clúster fue puesto a disponibilidad de la comunidad científica peruana. Desde entonces personal experto del IGP ha implementado los modelos numéricos y ha realizado pruebas que miden su eficiencia.

“Nuestra propuesta implementa el hardware y el software. Esto es, incluye el sistema operativo y los programas científicos a utilizar, así como la atención a los usuarios del sistema. Institucionalmente se vienen implementando los diferentes modelos numéricos del océano y la atmósfera que apoyan las investigaciones del IGP. Además, se ha dado acceso a usuarios de diferentes universidades y se ha realizado talleres para enseñar a los científicos y estudiantes todo lo necesario sobre los modelos numéricos como herramienta para la investigación y el uso del HPC-Linux-Cluster “, asegura Montes.

Si bien históricamente el IGP ha empleado modelos numéricos para entender los diferentes fenómenos físicos que estudia (erosión hídrica, eventos hidrometeorológicos extremos, cambio climático, etc.), la metodología ha estado limitada a un grupo reducido de usuarios mayormente capacitados por personal extranjero o durante un posgrado.

“A nivel de pregrado son muy pocos los que conocen este tipo de herramienta y sobre ‘computadores súper poderosos', el círculo es más reducido. Por eso pensamos que era necesario disponer de un computador así en el Perú, para promover en nuestros científicos y estudiantes universitarios la utilización de modelos numéricos como herramienta para la investigación y expandir el entendimiento de los diferentes fenómenos físicos cuyo impacto sobre la población se conoce muy parcialmente o se desconoce en su totalidad. Ello además abre nuevas líneas de investigación sobre tecnología.“, finaliza la Dra. Montes.

En la siguiente fase del proyecto, entre enero y julio de 2017, se intensificará la capacitación de alto nivel en el uso del HPC. ‘Sin embargo el proyecto continuará más allá de este financiamiento, bajo la tutela del IGP  al menos por 5 años, que es el tiempo de garantía de los equipos.  Esperamos que el Ministerio de Economía y Finanzas (MEF) vea la necesidad de incrementar nuestro propuesto para poder contratar a los especialistas que se están formando en estas capacidades y para  que nuestro servicio no se interumpa. Tenemos confianza en que el Estado, los tomadores de decisiones, los privados y las universidades colaboren en el mantenimiento de esta iniciativa’ remarca la Dra. Montes.

Mientras tanto, el sistema sigue en uso y funcionamiento pleno procesando información relevante para ayudar a la prevención y mitigación de eventos naturales o antropogénicos que impactan negativamente en la población y sus actividades.

 

Datos de la Investigación

Investigador principal: Dra. Ivonne Montes
Miembros del equipo de investigación:

Tipo: Tecnologías de modelado numérico / Cambios climáticos

Institución ejecutora: Instituto Geofísico del Perú (IGP)

Financiamiento: s/.  2’058,761 (CIENCIACTIVA);  s/. 2’125,740 (IGP)
 Duración: 24 meses. Inicio: Febrero 2015

Localización del proyecto: Lima

Monitor del proyecto: Ing. Ana María Ponce

Título del proyecto: “Sistema Computacional de Alto Rendimiento para la Simulación de Fluidos”.

Más información en [email protected]


#peru #cienciactiva #el niño
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