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05 de Mayo de 2021

ACTAS 001/2021 - Revisión 004

Reunión del Comité Científico del Modelo Comunitario del Sistema Terrestre Unificado. El 5 de mayo de 2021, a las 15:00 horas, representantes del INPE (Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales), el INMET (Instituto Nacional de Meteorología), la UFCG (Universidad Federal de Campina Grande), el CENSIPAM (Centro de Gestión y Operaciones del Sistema de Protección de la Amazonía), el ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica), el INPA (Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonía), la UFSM (Universidad Federal de Santa María), la USP (Universidad de São Paulo), el LNCC (Laboratorio Nacional de Computación Científica) y la UFMS (Universidad Federal de Mato Grosso do Sul) se reunieron virtualmente para presentar e iniciar los trabajos del Comité Científico del Modelo Comunitario del Sistema Terrestre Unificado (MCSTU). Estas actas registran la reunión y recopilan la información ingresada en el chat, como enlaces e información relevante para las discusiones mantenidas. Tras la apertura del encuentro, realizada por Saulo Freitas y Pedro Dias, este documento se orienta según las directrices establecidas por Saulo Freitas durante su presentación.

Apertura

Saulo Freitas y Pedro Dias saludan a todos los invitados y recuerdan que la primera reunión de este comité tuvo lugar el 8 de abril de 2021, cuando el Director del INPE nombró a los miembros del INPE que integran el Comité Científico del Modelo Comunitario del Sistema Tierra Unificado.

Agenda 1 - Introducción de MCSTU

Gilvan Sampaio (Coordinador General del CGCT/INPE) agradece a todos por aceptar la invitación, dado el desafío de crear un modelo unificado. Destaca la presencia de miembros de CENSIPAM e INMET , pero enfatiza que estas dos instituciones también son partes interesadas en este esfuerzo comunitario. También agradece la presencia de Fernando II. Con respecto al modelo comunitario, enfatiza que el objetivo del comité, que es científico, es debatir la ciencia, discutir y gestionar el desarrollo del modelo comunitario. Las decisiones que se tomen deben ser científicas y no tener relación directa con el Sistema Meteorológico Nacional. El comité debe tomar decisiones con base en criterios científicos. Estas discusiones son importantes, ya que se presentarán a los demás grupos de trabajo. Enfatiza que este es un paso muy importante para la meteorología nacional. Por parte del INPE , representado por el Director, quien está comprometido con este proceso, los miembros del comité científico contarán con el apoyo de la CGCT (Coordinación General de Ciencias de la Tierra) y la Junta Directiva del INPE, quienes desempeñan el papel de facilitadores.

Clezio de Nardin (Director del INPE) agradece a todos por su presencia, especialmente a los miembros externos, y reitera el apoyo del INPE al proceso que se está implementando. Informa que siempre participará, pero que le gustaría que se le solicitara su presencia cuando fuera necesario.

Saulo Freitas reitera que la participación del Director siempre es bienvenida. Esta no es una tarea trivial y el apoyo del Director del INPE es importante. Enfatiza que, en algún momento, la participación del Director del INMET y de los directores y vicerrectores de las universidades brasileñas participantes también será pertinente. Afirma que esta actividad trasciende las fronteras del INPE y que el desarrollo del modelo comunitario del sistema unificado de la Tierra es un modelo de Brasil para Brasil.

Saulo Freitas agradece al Director, presenta al relator del comité científico Carlos Bastarz y a Fabielle Mota como apoyo secretarial.

Agenda 2 - Historia de las iniciativas del INPE para desarrollar un sistema de modelado unificado

Pedro Dias resume los hechos históricos en el contexto de los desarrollos de modelos en Brasil y lo que sucedió en CPTEC . Una revisión histórica del inicio del modelado atmosférico en Brasil hasta el establecimiento de CPTEC. La década de 1980 estuvo marcada por la investigación con modelos regionales, modelos espectrales globales simplificados, así como modelos de contaminación oceánica y atmosférica, también con foco en la investigación. En ese momento, se encontró que Brasil tenía la competencia mínima para ingresar al área operacional, a través de LACCAS (Centro Latinoamericano y del Caribe de Ciencias de la Atmósfera). El proyecto CPTEC y la elección de un modelo: global, de COLA y regional, de RAMS (actualmente BRAMS , con desarrollos brasileños), ETA (también con desarrollos brasileños). La elección de ETA se debió al uso de la coordenada apropiada para regiones montañosas y abruptas. En la década de 1990, comenzaron a operar modelos globales y regionales, así como pronósticos meteorológicos por conjuntos y algunas mejoras en el rendimiento de los modelos (en colaboración con Jairo Panetta, Saulo Barros, Pedro Dias y otros colaboradores). Los primeros experimentos con asimilación de datos (en colaboración con JMA). En la década del 2000, se produjo el acoplamiento entre la atmósfera y el océano (Paulo Nobre y su equipo), y el pronóstico se amplió a 30 días. La participación del CPTEC en TIGGE fue esencial.(proporcionando pronósticos a 10 días). En 2009, se realizó el taller de Santa Rita do Passa Quatro, con el objetivo de delinear una visión para el futuro del modelado. Pedro Dias afirma que, curiosamente, muchas de las preguntas que se hicieron en ese momento siguen siendo las mismas hoy en día. Ha habido avances en la investigación, pero poco progreso operacional. A partir de 2011, se sintió el impacto de la reducción en los recursos financieros. Algunas preguntas prioritarias que surgen son: ¿por qué hacer pronósticos globales? ¿Es estratégico? ¿No podemos simplemente usar pronósticos globales de otros centros para inicializar pronósticos regionales? ¿Deberíamos o no tener independencia en la generación de productos de pronóstico? ¿Es correcto depender de pronósticos de agencias extranjeras? Los modelos globales son necesarios para los pronósticos climáticos estacionales. Todos los actores del sistema meteorológico ejecutan modelos regionales. ¿Es necesario todo este esfuerzo? ¿Quién está a cargo del desarrollo de estos modelos? Solo CPTEC (incluyendo la asimilación de datos) es plenamente consciente. CPTEC tenía y tiene conocimiento de los pormenores de este proceso. La ejecución de modelos "da estatus", pero es importante desarrollar productos para usuarios específicos. El fracaso se debió en parte a problemas de gestión en el sistema meteorológico nacional. Esto provocó retrasos técnicos, principalmente en la actualización de supercomputadoras, el aprovechamiento de nuevas arquitecturas, el uso de paralelismo masivo, el uso de coprocesadores y la predicción fluida (visión multiescala y multifísica). El desafío radica en ajustar los modelos a nuestra realidad; en reunir a personas de diferentes especialidades; en tener objetivos como productos competitivos a nivel internacional (necesitamos dejar de ser usuarios); en poner mayor énfasis en los procesos esenciales y en una mayor influencia en los trópicos. Debemos reconocer que nos hemos quedado atrás. Parte del problema fue financiero y otra parte, la coordinación entre los actores del sistema meteorológico nacional. Es necesario desarrollar alianzas estables. Necesitamos contar con múltiples socios. En la charla, Ronald Buss cuestiona por qué el enfoque debería centrarse en la región tropical, dado que el país es continental y uno de los problemas es la relativamente baja predictibilidad en la región sureste, que se ve precisamente afectada por fenómenos originados en los subtrópicos y el océano, que dependen de conexiones remotas, incluyendo la Antártida. Pedro Dias argumenta que el objetivo es obtener el mejor pronóstico para Sudamérica y sus alrededores; los océanos adyacentes a Sudamérica son esenciales, pero la métrica de evaluación debería ser la mejora de los pronósticos para Brasil. En la charla, Pedro Dias añade que si un fenómeno remoto influye en la mejora del pronóstico, debería incluirse.

Gilvan Sampaio corrobora la declaración de Pedro Dias y añade que en 2016 se celebraron algunas reuniones en el CPTEC, donde se iniciaron las conversaciones sobre un modelo unificado. Lamentablemente, no prosperó debido a varios cambios en el centro. No obstante, se mantuvo este enfoque, ya que se firmó un acuerdo con la NOAA y el ECMWF. Como mencionó Pedro Dias, en 2017, 2018 y 2019 continuaron las conversaciones con la NOAA. En 2019, el acuerdo con la NOAA será revisado y reformulado. Históricamente, estos acuerdos han sido poco explorados. Con la NOAA, el acuerdo se relacionaba con satélites y actualmente incluirá modelado.

Agenda 3 - Presentación de la propuesta inicial de actividades científicas en el ámbito del MCSTU

Paulo Kubota presenta una propuesta inicial de temas científicos que se abordarán en el ámbito del MCSTU. El objetivo es impulsar el desarrollo de la MCSTU. La propuesta inicial contempla la realización de conferencias y mesas redondas sobre los temas científicos "asimilación de datos y sistemas de observación terrestre", "modelado del sistema terrestre", "núcleos dinámicos", "procesamiento de alto rendimiento", "tecnologías de acoplamiento" y "temas generales". Si bien aún no se ha establecido un cronograma inicial (depende de las agendas del Coordinador del CGCT y del Consejo del INPE), se prevé que las actividades científicas tengan una duración de cinco semanas, dedicada cada semana a temas específicos. Se prevén dos o tres conferencias con mesa redonda por día, y el comité de actividades científicas se reunirá al final de la semana para elaborar un informe sobre el tema de la semana, recopilando la información más importante presentada y los resultados de las discusiones. Este informe deberá presentarse al comité científico del MCSTU. Paulo Kubota enfatiza que el comité está abierto a las sugerencias de los miembros del comité científico de la MCSTU y que el documento con la propuesta inicial se someterá a consideración, revisión y recopilación de sugerencias. Saulo Freitas informa que la propuesta se decidirá en la próxima reunión del comité científico, con las aportaciones de los miembros.

Pedro Dias enfatiza que, en lo que respecta a la asimilación de datos, no se debe considerar únicamente la atmósfera. JEDI (Esfuerzo Conjunto para la Integración de la Asimilación de Datos) es un sistema importante porque está relacionado con el sistema terrestre en su conjunto. Se debe pensar en una metodología aplicable a todos los sistemas del sistema terrestre.

Jairo Panetta comenta sobre la estructura del software, que debe incluir los aspectos globales y regionales, el acoplamiento y la inserción dinámica de variables de campos de otros sistemas en el sistema terrestre. Pregunta a Paulo Kubota si estos aspectos se incluyen en algún tema de investigación y sugiere combinarlos con procesamiento de alto rendimiento. Esto se relaciona con la forma en que se diseñan la dinámica, la física, etc.

Pedro Peixoto hizo dos comentarios sobre los temas presentados por Paulo Kubota, en el contexto de las declaraciones de Jairo Panetta. 1. La estructura computacional es fundamental y destaca la gran inversión que MetOffice y el ECMWF han hecho en ella. Ejemplos de ello son ESCAPE (Algoritmos Escalables de Eficiencia Energética para la Predicción Meteorológica a Exaescala) y GungHo!, proyectos centrados en estos aspectos. En este mismo contexto, Pedro Peixoto indicó en el chat el enlace a un artículo sobre la infraestructura de software diseñada por MetOffice, llamada LFRic (en alusión al científico Lewis Fry Richardson). Es necesario diseñar una plataforma lo suficientemente flexible como para integrar todo esto, lo cual supone un trabajo de desarrollo de software muy intenso. 2. La conexión entre estos aspectos. Algunas decisiones presentan interdependencias, y es necesario pensar en cómo se pueden beneficiar todos los grupos. No se trata solo de la conexión entre los componentes, sino de cómo elegirlos. Esto ilustra que, dentro del sistema atmosférico, cuando se incluyen optimizaciones, no puede ser beneficioso para un solo componente, sino que debe ser beneficioso para todos los demás componentes del sistema terrestre. Saulo Freitas menciona al investigador Peter Bauer del ECMWF y cuenta con el apoyo de Pedro Peixoto para colaborar en el establecimiento de estos aspectos.

Haroldo Fraga analiza la refactorización de software y cuestiona cómo se pueden reutilizar los códigos de física ya producidos en un nuevo núcleo dinámico. Afirma que se debe analizar la viabilidad de esto, al recuperar lo ya realizado, ya que esto puede ayudar en la toma de decisiones. El OLAN (Modelo Océano-Terreno-Atmósfera), por ejemplo, se puede recuperar, ya que se invirtió tiempo en este proyecto y no se está utilizando. ¿Sería posible reutilizar lo ya realizado? También destaca que la métrica de evaluación debería ser el mejor rendimiento en el pronóstico de lluvia en Brasil.

Roberto Souto profundiza en el tema de la refactorización de software y propone al investigador Tadeu Gomes, del LNCC, para el tema de "Procesamiento de Alto Rendimiento" en el ciclo de conferencias y mesas redondas. Menciona que, aunque no trabaja con pronósticos meteorológicos, es ingeniero de software y se especializa en computación científica.

Luiz Flávio enfatiza que el documento con la propuesta inicial de actividades científicas se creó para recibir contribuciones de todos, lo cual es esencial. También enfatiza que se refiere a la organización de los desarrollos a realizar. Este tema puede ser más específico del equipo de computación, y la computación es un tema transversal. Es necesario estandarizar la metodología de desarrollo de software. Con un equipo pequeño, ya es difícil controlar el software. Con un equipo más grande, será aún más difícil. Si no se establece un estándar, existe el riesgo de no poder desarrollar el software, lo que no ocurriría con un equipo más grande. En el contexto de la ingeniería de software, Haroldo Fraga señala la transición del modelo MM5 al WRF como un ejemplo de éxito.

Pedro Dias afirma que los puntos planteados son fundamentales y que esto es lo que dará confiabilidad y longevidad en el desarrollo de software.

Luiz Cândido pregunta sobre la escala a la que se pretende desarrollar el modelo, ya que reconoce que no se han mencionado temas como la microfísica de nubes y otros procesos. Saulo Freitas reitera que estos temas se abordarán. Se necesitarán parametrizaciones físicas adecuadas para diversas escalas (multiescala y multifísica). Este es un objetivo ambicioso, pero que debe perseguirse. Pedro Dias afirma que Brasil cuenta con experiencia en estas áreas y que muchas personas pueden contribuir.

Agenda 4 - Definición de los miembros del comité para recopilar y documentar los requisitos, demandas y contrapartes del MCTSU

Saulo Freitas comenta la definición de los miembros del comité como una aproximación de orden cero. Las personas designadas serán los puntos focales y serán responsables de crear subredes de colaboración con otros socios de la comunidad nacional e internacional (partes interesadas). Los documentos deben tener un formato que incluya los requisitos de física, dinámica, malla computacional, tecnologías de acoplamiento, PAD (Procesamiento de Alto Rendimiento), métodos de asimilación de datos, etc. Las demandas son las aplicaciones, los problemas a abordar, el rendimiento necesario y la precisión mínima. Las contrapartes son lo que la comunidad brasileña puede ofrecer a los socios e instituciones internacionales. ¿Qué beneficios puede obtener la comunidad del desarrollo del modelo comunitario? ¿Cuáles son las demandas de infraestructura, los recursos para equipos informáticos y la observación del sistema terrestre? El material producido por los puntos focales y las subredes constituirá la base del trabajo. Los puntos focales se reunirán con los grupos regionales de desarrollo e investigación para formar las subredes que se integrarán en el alcance del trabajo. Los puntos focales inicialmente designados son:

Sistema de Modelado Integrado: Pedro Dias/USP
Ambiente: Saulo Freitas/INPE
Suelos superficiales y continentales: Antonio Manzi/INPE
Océanos y hielo continental y marino: Ronald Buss/INPE
Clima espacial: Joaquim Costa/INPE
Procesamiento de alto rendimiento y calidad del código: Luiz Flávio/INPE
Asimilación de datos del sistema terrestre: João Gerd/INPE
Métodos avanzados de asimilación de datos y aplicaciones de inteligencia artificial: Haroldo Fraga/INPE
Universidades del Norte/Noreste: Ênio Souza/UFCG
Universidades e Institutos de Investigación del Sudeste: Pedro Dias/USP
Universidades del Sur: Otávio Acevedo/UFSM
Universidades del Medio Oeste: Vinicius Capistrano/UFMS
CENSIPAM: Iván Saraiva
INMET: Francisco Quixaba
¿Sugerencias? ¿Qué falta?

Ronald Buss, vía chat, señala que un nombre más adecuado para el tema "Océanos y Hielo Continental y Marino" sería "Océanos y Criosfera". Argumenta que "criosfera = hielo marino, casquetes polares y tercer polo (montañas heladas), sin considerar el permafrost por ahora". Pedro Dias señala la falta de un enfoque para el tema de la "evaluación". Se pregunta si este tema no debería considerarse. La métrica de evaluación depende en gran medida de las necesidades del usuario. Para el sector energético, la precipitación (como mencionó Haroldo) podría no ser la métrica más adecuada; podría ser el viento, la radiación, etc. Las partes interesadas tienen diferentes necesidades (agroindustria, Agencia Nacional del Agua , etc., grandes usuarios del INMET).

Saulo Freitas concuerda y sugiere que el comité busque un punto focal que pueda cumplir esa coordinación y pregunta quién puede hacer ese acercamiento, preguntando a los interesados cuáles son sus necesidades respecto a la evaluación del sistema a desarrollar.

Francisco Quixaba informa que, con COSMOS , el INMET ha prestado servicios a algunos usuarios (por ejemplo, la agroindustria). Cuestiona la ausencia de la Armada, que también ha procesado modelos numéricos.

Pedro Dias cuestiona si la CENSIPAM no engloba a ese sector; Gilvan Sampaio afirma que sí, que la CENSIPAM es el órgano que representa a las Fuerzas Armadas.

Iván Saraiva informa que, en este momento, no tiene una respuesta certera sobre la representación de la Armada en el CENSIPAM, pero que verificará sobre dicha representación.

Gilvan Sampaio destaca que Caio Coelho puede contribuir, ya que es miembro del grupo de evaluación S2S (Subseasonal to Seasonal), y cree que debe ser incluido como representante.

Enio Souza señala que, al dividirse los puntos focales, se fusionaron el Norte y el Nordeste. Argumenta que son dos regiones distintas con grupos y actores diferentes. Sugiere separar las regiones, con Luis Cândido a cargo del Norte y él (Enio Souza) del Nordeste.

Ronald Buss argumenta que existe un desequilibrio entre las personas que trabajan en el área de la atmósfera, los océanos y el hielo. Señala que la comunidad científica especializada en océanos y hielo está escasamente representada y que le gustaría destacar que la comunidad de oceanografía física es muy numerosa y que hay escasez de personas de esta área en el comité científico de MCSTU. Argumenta que no puede ni se siente seguro representando a este grupo en solitario. La red REMO (Red de Modelado y Observación Oceanográfica) es una red consolidada y existen algunos obstáculos para que este grupo proporcione productos a la sociedad. Afirma que espera que la comunidad participe y esté representada en el desarrollo del modelo, y que este funcione tanto bajo el agua como sobre ella.

Pedro Dias coincide con Ronald Buss y dice que la red REMO es fundamental y esta asociación debe institucionalizarse.

Saulo Freitas reitera que esta es, efectivamente, la primera reunión. Todos serán bienvenidos y no hay límite de cupos. El comité científico se encuentra en sus primeras etapas, se está estructurando y se invitará a las personas indicadas por Ronald Buss.

Agenda 5 - Acuerdo INPE-ECMWF en el contexto del MCSTU

Saulo Freitas presenta el acuerdo INPE-ECMWF, en el contexto del modelo comunitario. Invita a Fernando II y Caio Coelho a presentar.

Fernando II enumeró los posibles temas de colaboración con el ECMWF. Señaló que una de las razones del éxito del ECMWF es su único objetivo: desarrollar el modelo de pronóstico a mediano y largo plazo. Todos los acuerdos que el ECMWF establece tienen como objetivo mejorar el propio modelo. El ECMWF cuenta con una estructura adecuada y actualizada para sus actividades operativas y de desarrollo. La cooperación entre el INPE y el ECMWF se lleva a cabo desde 1988 y las áreas de cooperación se revisan anualmente. El ECMWF puede cooperar con el INPE en el desarrollo del modelo comunitario, con conferencias y talleres sobre modelado, así como con capacitación. El acuerdo con el ECMWF siempre incluye una cátedra libre para cualquier curso. Hay un acuerdo que incluye modelización y Copernicus ( C3S - Copernicus Climate Change Service para monitorización atmosférica, cambio climático, etc.), inteligencia artificial, escalabilidad, programa OpenIFS (modelo ECMWF, abierto a investigación y docencia - la versión anterior y sin asimilación de datos), computación en la nube - European Weather Cloud y ClimetLab - software de acceso a conjuntos de datos meteorológicos.

Pedro Dias solicita aclaración sobre la posibilidad de que personas ajenas al INPE participen en la capacitación ofrecida por el ECMWF, en el marco del convenio con el INPE. Caio Coelho y Fernando II señalan que es posible, con el consentimiento del INPE.

Saulo Freitas afirma que los cursos se pueden realizar en línea. Destaca que la física de OpenIFS puede utilizarse como base para desarrollar el modelo comunitario, los análisis del ECMWF para la validación y MetView para visualizar mallas no estructuradas.

Haroldo Fraga sostiene que es importante negociar un plan de trabajo específico para el modelo comunitario dentro del convenio INPE-ECMWF.

Fernando II señala que el convenio INPE-ECMWF se renueva cada 5 años y que los planes de trabajo son anuales.

Caio Coelho añade que el ECMWF se centra únicamente en la previsión de entre unos pocos días y unos pocos meses (previsión extendida: hasta 10 días, subestacional: hasta 5 semanas, estacional: hasta 6 meses, utilizando el 50 % de los recursos computacionales disponibles para actividades de investigación con el fin de desarrollar el modelo para estas tres escalas). No realizan predicciones inmediatas ni proyecciones del cambio climático. Su contribución a las proyecciones del cambio climático consiste en proporcionar las herramientas para almacenar y acceder a las proyecciones elaboradas por otros centros para su uso por la comunidad en general.

Otros asuntos

Haroldo Fraga, vía chat, sugiere utilizar la plataforma Conferênciaweb de la RNP (Red Nacional de Educación e Investigación) para grabar las reuniones.

Durante el discurso de Gilvan Sampaio, después de la presentación de Pedro Dias en el contexto de la "Agenda 2 - Historia de las iniciativas del INPE para desarrollar un sistema unificado de modelación", Francisco Quixaba cuestiona a Pedro Dias sobre el acuerdo INMET-CPTEC; Esta discusión se puede ver en el chat de grabación del 58'46" .

Durante las discusiones sobre la infraestructura computacional a diseñar para el desarrollo comunitario, en el contexto de la “Agenda 3 – Presentación de Propuestas Iniciales de Actividades Científicas en el ámbito del MCSTU”, Carlos Bastarz sugiere estandarizar el entorno de desarrollo con el uso de contenedores.

Acciones para la próxima reunión

Enviar el documento con la propuesta inicial de los nombres listados para las conferencias y mesas redondas para consideración y recogida de sugerencias por parte del comité científico;
Encontrar un punto focal para la subred de evaluación del modelo comunitario;
Considerar el nombre del investigador Tadeu Gomes/LNCC para el tema de “Procesamiento de Alto Rendimiento” en los ciclos de conferencias y mesas redondas (sugerencia de Roberto Souto/LNCC) y del investigador Peter Bauer/ECMWF como participante en las discusiones en el ámbito de las actividades científicas;
Reforzar la necesidad de que la asimilación de datos sea considerada en todos los componentes del sistema Tierra (sugerencia de Pedro Dias/USP);
Considere la sugerencia de Ronald Buss/INPE de cambiar el nombre del tema “Océanos y hielos continentales y marinos” a “Océanos y criosfera”;
Incluir/detallar propuestas de ingeniería de software en el desarrollo del modelo comunitario (sugerencias Roberto Souto/LNCC, Pedro Peixoto/USP, Haroldo Fraga/INPE y Luiz Flávio/INPE);
Revisar las necesidades del comité científico en el ámbito del acuerdo INPE-ECMWF;

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