Paris La Défense, France, le 26 février 2025

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Fujitsu Limited et l’Université Nationale de Yokohama annoncent avoir réalisé la première prévision en temps réel au monde de multiples tornades associées à des typhons grâce à une technologie avancée de supercalculateur, améliorant ainsi de manière significative l’anticipation des catastrophes.

La nouvelle technologie utilise un traitement parallèle optimisé à grande échelle, associé au Cloud Resolving Storm Simulator (CReSS), un simulateur météorologique développé par le professeur Kazuhisa Tsuboki s’appuyant sur le superordinateur Fugaku de Fujitsu. Cela permet d’effectuer des simulations uniques à haute résolution, intégrant les typhons à grande échelle et les tornades à petite échelle, donnant lieu à des prévisions précises en temps réel.

Auparavant, lors des simulations en anneau des tornades du Typhon n°10 qui ont frappé la région japonaise de Kyushu en août 2024, il a fallu plus de 11 heures pour prédire si des tornades allaient se former ou non, rendant les prévisions impossibles à mettre en pratique. Cette technologie a permis de réduire considérablement le temps de prévision à 80 minutes, permettant aux deux partenaires de prévoir l’apparition d’une tornade quatre heures à l’avance. Ce calcul de prédiction n’a utilisé que 5 % des ressources de calcul de Fugaku, indiquant le potentiel pour des prévisions à plus grande échelle et plus rapides dans l’avenir.

Les deux partenaires mettront le CReSS optimisé à la disposition de la communauté de chercheurs au cours de l’exercice 2024, ce qui permettra d’améliorer considérablement la prévision des phénomènes météorologiques violents et de renforcer les dispositifs pour limiter les catastrophes.

Contexte

Environ 20 % des tornades au Japon se produisent en même temps que les typhons. En réponse aux dommages croissants causés par les tornades, le Japon a commencé à émettre des avertissements de tornade en 2008. Cependant, par rapport aux phénomènes météorologiques comme les précipitations, qui peuvent être prédits avec une grande précision, les tornades sont difficiles à prévoir en raison de leur échelle plus limitée et de leur courte durée. Les alertes de tornade ont actuellement une durée de validité d’environ une heure, et il existe une demande pour des périodes d’alerte plus longues.

Fujitsu et l’Université Nationale de Yokohama ont lancé un projet de recherche conjoint en novembre 2022, visant à relever les défis sociétaux liés aux typhons de plus en plus graves amplifiés par le réchauffement climatique. Cette collaboration, menée dans le cadre du Fujitsu Small Research Lab « Fujitsu – Yokohama National University Typhoon Science and Technology Research Center Collaborative Research Laboratory », se concentre sur la compréhension des mécanismes de formation des typhons et sur l’accélération et l’amélioration de la précision des simulations de prévision des typhons.

Les réalisations du projet de recherche conjoint

1. La technologie employée

Le simulateur météorologique CReSS, basé sur des simulations météorologiques de haute précision couvrant les échelles de nuages (horizontale 50 m-2 000 m) à mésoéchelle (horizontale 2 km-2 000 km), simule avec précision la formation et le développement d’orages supercellulaires générateurs de tornades. Cependant, la conception originale de CReSS n’était pas adaptée au traitement parallèle à grande échelle (des milliers de nœuds) requis pour la prévision des tornades associées aux typhons, ce qui entraînait des temps de calcul parallèles excessivement longs et l’a rendu inadapté à la prévision en temps réel.

Pour remédier à ce problème, une version allégée de CReSS a été mise au point, réduisant considérablement les exigences de calcul tout en maintenant la précision de prédiction nécessaire. En parallèle, la technologie de Fujitsu de traitement à grande échelle a été utilisée, optimisant la cartographie du système de simulation pour la configuration du réseau de serveurs de Fugaku et mettant en œuvre l’exécution simultanée du calcul et de la livraison des fichiers. Cela a considérablement réduit le temps de simulation sur Fugaku, permettant des résultats de prédiction beaucoup plus rapides qu’auparavant.

2. Les résultats de l’application

Des expériences de prévision ont été menées à l’aide du CReSS sur 8192 nœuds de Fugaku pour le Typhon n°10, qui a causé des dégâts à Kyushu, au Japon, en août 2024. En utilisant des données spatiales 3D incluant la température, la pression, l’humidité, la direction du vent et la vitesse, la simulation a réussi à reproduire plusieurs tornades qui se sont produites le long de la côte est de Kyushu. La figure 1 montre les résultats de simulation pour l’ensemble du typhon, tandis que la figure 2 visualise le vent et le mouvement des nuages dans une zone de 20 km x 20 km sur la côte est de Kyushu, montrant clairement plusieurs formations de tornades.

Seishi Okamoto, EVP, Head of Fujitsu Research, Fujitsu Limited, commente : « Nous sommes ravis de partager les résultats significatifs de notre recherche menée en collaboration avec l’Université Nationale de Yokohama ; un projet qui s’étend sur deux ans. Ce succès va permettre de renforcer l’intégration de notre expertise et de nos technologies. En faisant progresser la recherche sur les prévisions de développement des typhons et la simulation, nous entendons participer à limiter les catastrophes liées aux conditions météorologiques et à réduire leur impact, contribuant ainsi à trouver des solutions pour l’environnement au niveau mondial, un des principaux thèmes de préoccupation de Fujitsu ».

Le professeur Hironori Fudeyasu, Directeur, TRC, Institut des sciences multidisciplinaires, Université Nationale de Yokohama, commente :

« Les travaux du laboratoire de recherche collaborative Fujitsu – Yokohama National University Typhoon Science and Technology Research Center représentent une avancée majeure dans la prévision des tornades associées aux typhons, un phénomène météorologique jusqu’alors difficile à anticiper. Le supercalculateur Fugaku et la modélisation à haute résolution ont permis des simulations de grande précision à différentes échelles, ce qui a permis d’obtenir des prévisions en temps réel essentielles pour améliorer les systèmes d’alerte précoce et atténuer l’impact de ces événements dévastateurs. Cette avancée devrait contribuer de manière significative à la réduction des risques de catastrophe tout en minimisant les conséquences environnementales ».

Les projets à venir

Pour accélérer la recherche sur les catastrophes météorologiques, y compris les typhons, Fujitsu et l’Université Nationale de Yokohama prévoient de rendre publique la version parallèle à grande échelle du CReSS au cours de cette année fiscale. En outre, sur la base de ces réalisations, les deux organisations travailleront à améliorer encore la vitesse et la précision des prévisions, en tirant parti de la technologie de l’IA. Grâce à ces efforts, nous contribuerons à résoudre les problèmes environnementaux mondiaux, l’un des principaux thèmes de préoccupation de Fujitsu.

Remarques : Cette recherche a été menée avec les ressources informatiques fournies par le supercalculateur Fugaku dans le cadre du projet d’essai industriel Fugaku (numéro de projet : hp240255).

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