A previsão do tempo no Brasil estaria com os dias contados?



Imagem ilustrativa de um supercomputador. Nesse post, vamos falar de um supercomputador: o Tupã, do CPTEC-INPE e sobre como ele pode estar em seu fim de vida. Cortesia de Pixabay

A informação de que a previsão do tempo poderia parar sem aviso prévio foi veiculada em alguns portais de notícia. O @greevin me mandou essa notícia ontem de tarde e eu vi ela sendo discutida em alguns grupos de Meteorologia que eu faço parte. Deixo aqui dos links para que vocês saibam de qual notícia estou falando e assim a gente poderá falar um pouquinho sobre isso:

Antes de a gente discutir a notícia, vamos falar sobre o supercomputador Tupã.

Tupã, na língua tupi significa trovão e é uma entidade da mitologia tupi-garani. Não poderiam ter escolhido melhor nome para esse supercomputador.

O Tupã é um supercomputador, ou seja, criado para fazer mutos cálculos por segundo. No processo de previsão do tempo, são utilizados modelos numéricos. De maneira bem simplificada, esses modelos numéricos são várias rotinas e subrotinas computacionais que trabalham em conjunto com o objetivo de resolver as equações matemáticas que descrevem a atmosfera. Se você chegou até aqui e ainda não sabe como a previsão do tempo é feita, recomendo alguns posts que tratam do assunto:

Bom, são muitas equações que descrevem todos os processos físicos da atmosfera. Além disso, essas equações precisam ser resolvidas em todas as alturas da atmosfera e em uma grade de pontos que cubra todo o planeta (no caso de um modelo global) ou uma área escolhida (no caso de um modelo regional). Um modelo regional ainda depende de informações do modelo global para determinar as condições de fronteira (informações sobre os limites da área escolhida).

Sendo assim, são necessários muitos cálculos e eles precisam ser feitos de maneira bem rápida para que a previsão do tempo seja feita em tempo hábil para análise, discussão e divulgação para a sociedade.

Os números do Tupã são impressionantes e ele era  fantástico quando foi implantado no INPE, em 2010. Tupã era composto originalmente por um supercomputador Cray XT6, mas que em maio/2012 foi atualizado para o modelo XE6 com sistema de interconexão Gemini. São 14 gabinetes, 1304 nós computacionais e 31296 processadores.

Essa máquina é capaz de executar 258 TFLOPS (258 x 1012 FLOPS, ou seja, 258.000.000.000.000 FLOPS). A velocidade dos computadores é medida em FLOPS (operações de ponto-flutante por segundo), que é uma grandeza que permite determinar quantos cálculos são feitos por segundo. Em 2010, poderíamos fazer um comparativo com o Intel Core i7 980 XE. Um computador desse porte faz um pouco mais de 100GFLOPS (100.000.000.000 operações por segundo). Sendo assim, o Tupã era 2580 vezes mais veloz do que um computador doméstico em 2010.

Ainda em 2010, Tupã era um dos 30 computadores mais velozes do mundo. Em novembro de 2017, não está nem no TOP500 (lista que classifica e detalha os supercomputadores mais velozes do mundo).  Como curiosidade, atualmente a China é o pais que mais possui supercomputadores e é esse país que detém o computador mais rápido da atualidade, o Sunway TaihuLight. Claro, se você estiver lendo esse post daqui um tempo (pode ser pouco tempo, mês que vem!), esse computador poderá não estar mais no topo da TOP500. O Sunway TaihuLight faz 93 PFLOPS (93 x 1015 FLOPS, ou seja, 93.000.000.000.000.000). Isso significa que o Sunway TaihuLight é cerca de 36 vezes mais rápido que o Tupã.

De acordo com Gilvan Sampaio, Chefe de Operações do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, instituição responsável pelo Tupã), o ideal seria trocar um supercomputador como esse a cada 4 anos aproximadamente. E talvez até um pouco menos, levando em conta  a Lei de Moore.  Ainda de acordo com Sampaio, o contrato de manutenção da Tupã venceu em outubro, ela já anda apresentando alguns problemas porque certamente está atingindo o end-of-life.

Verificando a lista do TOP500 de novembro/2017, atualmente não há nenhum supercomputador instalado no Brasil na lista. Isso é lamentável, mostra mais uma vez o descaso do Brasil com relação a área de ciência e tecnologia, descaso esse que tem sido denunciado por tantas pessoas envolvidas com Ciência (divulgadores ou cientistas). São cortes no orçamento e falta de verbas em universidades, institutos de pesquisa e agências de fomento que  estão sem dinheiro para financiar pesquisas científicas e fazer a manutenção de laboratórios. Eu falei sobre esse assunto nesse post, onde falo também da importância da divulgação científica dentro desse cenário.

O TOP500 tem indicado que nos últimos anos a China tem investido massivamente em supercomputadores. Bom, a fabricação dos componentes é com eles mesmo e o governo chinês também investe bastante em educação em ciência e certamente compreendeu a importância estratégica dos supercomputadores, que não são utilizados apenas para a previsão do tempo. E cá entre nós, mesmo se fossem apenas para a previsão do tempo, este é um setor importante. Prever o tempo e o clima permite planejar a tomada de decisões em diversas áreas.

Supercomputadores tem um papel importante em diversas áreas: mecânica quântica, previsão do tempo, pesquisas sobre o clima, exploração de óleo e de gás, modelagem molecular, estudo da aerodinâmica de aeronaves e naves espaciais, estudos sobre a detonação de armas nucleares, criptoanálise, etc. Qualquer área do conhecimento que dependa de muitos cálculos por segundo pode usufruir de supercomputadores.

Sendo assim, o fato da Tupã estar acalçando seu end-of-life sem nenhuma projeção de que outra máquina será instalada em seu lugar mostra mais uma vez o descaso do governo brasileiro com a área de ciência e tecnologia. Muitos pesquisadores do INPE e de outras instituições que trabalham em parceria nas pesquisas seriam extremamente prejudicados caso a máquina Tupã parasse de funcionar. Mesmo ela sendo “velhinha”, ela permite que várias pesquisas na área de meteorologia sejam desenvolvidas, além das informações operacionais (a previsão do dia a dia, divulgada na imprensa).

Verba

Quando foi comprado em 2010, Tupa custou R$ 50 milhões. Na época, ele era um dos 30 na lista de computadores mais velozes do mundo.

Como mencionei anteriormente, o correto seria comprar um supercomputador a cada 4 anos (de acordo com Gilvan Sampaio, chefe de operações do INPE). O custo estimado para essa aquisição seria de  R$ 120 milhões. Desde 2014 o INPE tem solicitado recursos para isso e obtiveram apenas  R$ 10 milhões para fazer uma “gambiarra”: substituir os processadores e dar uma sobrevida de 2 anos para Tupã, de acordo com Sampaio. E esses R$ 10 milhões foram obtidos em recursos ministeriais e emendas parlamentares, mas o dinheiro ainda não entrou, e a data-limite de empenho para este ano é 8 de dezembro. Depois disso, o recurso é perdido.

E mesmo que o INPE obtivesse os R$ 120 milhões hoje, levaria ainda cerca de 2 anos até que a compra fosse feita e o computador fosse instalado. Esses processos que envolvem licitação e compra internacional demoram muito, pois possuem muitos detalhes e infelizmente envolvem muita burocracia.

Agora vamos falar de operação

Tupã é a máquina principal de previsão de tempo no país e está instalada no CPTEC-INPE (Centro de Previsão de Tempo e Clima do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), localizado na cidade de Cachoeira Paulista-SP (fica a cerca de 200km de São Paulo-SP, no Vale do Paraíba). E o problema é muito simples: sem a Tupã, o CPTEC-INPE não pode gerar as previsões.  Sem previsão do tempo, as consequências ruins são imediatas: nós precisamos da previsão do tempo na produção de alimentos (agricultura), no setor energético e na prevenção de desastres naturais.

O Tupã roda o modelo regional ETA. E mais informações sobre esse modelo meteorológico podem ser obtidas aqui. O ETA foi desenvolvido pela Universidade de Belgrado e se tornou operacional no NCEP (National Centers for Environmental Prediction) na década de 1990. Foi instalado no CPTEC em 1996 e está sendo rodado operacionalmente desde então. Claro que foi aprimorado, inclusive vários pesquisadores brasileiros contribuíram com isso, propondo novas subrotinas  que melhor descrevem as condições meteorológicas que encontramos na América do Sul. Entretanto, o ETA não é o único modelo utilizado pelos meteorologistas. Existem vários modelos meteorológicos, desenvolvidos por várias instituições de pesquisa de diversos países. E esses outros modelos meteorológicos são rodados operacionalmente por instituições de pesquisa brasileiras e estrangeiras, não necessariamente em computadores tão velozes como o Tupã. Um exemplo de modelo que é bem utilizado é o  ECMWF.

Quando digo “operacionalmente ” eu me refiro a previsão do tempo feita no dia a dia, divulgada para a sociedade. Em pesquisas acadêmicas são testados e aprimorados muitos outros modelos meteorológicos. Em meu mestrado, por exemplo, fiz simulações-teste de alguns dias modificando alguns parâmetros de um modelo meteorológico regional chamado MM5. Vejam, aqui citei alguns nomes de modelos, mas existem vários modelos regionais, cada qual com sua especificidade (existem modelos dedicados especialmente para  poluição do ar, por exemplo). Veja aqui a lista de alguns desses modelos.

Vários países no mundo não possuem supercomputadores voltados para a Meteorologia, no entanto possuem centros de previsão do tempo com meteorologistas trabalhando neles. E isso só é possível porque os dados de modelos meteorológicos rodados internacionalmente são disponibilizados. Além disso, é possível rodar modelos meteorológicos usando máquinas mais modestas que a Tupã. As simulações demoram um pouco mais e precisam ser menos detalhadas, no entanto.

Atualmente, a previsão do tempo leva em conta a comparação entre os diferentes modelos meteorológicos. Embora as condições iniciais sejam as mesmas e as equações evidentemente sejam as mesmas, as soluções podem divergir ao longo da simulação devido questões computacionais relacionadas com a maneira que as equações são resolvidas. Uma previsão do tempo de sucesso precisa levar em conta informações de diferentes modelos. Mesmo com o fim do Tupã, os meteorologistas brasileiros continuariam dando um jeito, mas é preciso reforçar que o fim da Tupã seria lastimável, traria graves consequências para a pesquisa, como eu disse anteriormente.

Embora não possuam máquinas tão velozes como a Tupã, outros centros meteorológicos locais (estaduais, por exemplo, como o SIMEPAR) também rodam modelos regionais diversos. As condições de fronteira são obtidas usando dados de modelos globais, principalmente o GFS. Porém, é preciso lembrar que o INPE é a referência nacional, um instituto de pesquisa que forma mestres e doutores. Não ter um modelo regional sendo rodado em um supercomputador veloz que faça parte do TOP500, que permite vários testes e parametrizações mais detalhadas, é algo muito lamentável para a ciência brasileira e simboliza o descaso e a falta de interesse com que o governo e a sociedade tratam a questão.

Observação final (importante)

Minha experiência com meteorologia operacional na área de previsão do tempo é bem pequena, por isso eu falei com alguns colegas da área. Falei com eles e escrevi esse texto, que certamente não está completo e pode até conter alguns erros. Peço encarecidamente que caso algum colega encontre algum erro ou tenha algo importante a acrescentar, me avise para que eu possa escrever um adendo, editar esse post e avisar os leitores. Por favor, avisem antes de saírem simplesmente criticando avidamente por aí. Basta deixar um comentário no post ou me mandar uma mensagem por e-mail através do formulário de contato ou através do meu endereço de e-mail caso você já tenha.

Eu sou uma pessoa bem aberta a críticas válidas, até porque quero aprender mais para transmitir um pouco mais de informação para as pessoas aqui no blog.

Eu também gostaria de agradecer aos colegas que me ajudaram a escrever esse post: Felipe, Camila e Simone. Obrigada!

Entendam também que simplifiquei vários termos da área de previsão numérica de tempo para que mais pessoas possam compreender a importância da Tupã e dos supercomputadores em geral. Eu acredito na educação científica como arma para que mais pessoas fiquem do lado da pesquisa: quanto mais gente entender a importância, mais gente para cobrar.

Referências