Featured People

“ผศ.ดร.ชินวัชร์ สุรัสวดี” คนไทยผู้คิดค้นอัลกอริทึมพยากรณ์อากาศระดับโลก

ผศ.ดร.ชินวัชร์ สุรัสวดี

มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ ได้จัดตั้ง “บัณฑิตวิทยาลัยสหวิทยาการวิทยาศาสตร์ระบบโลกและการจัดการภัยธรรมชาติอันดามัน” หรือ ESSAND ขึ้นที่วิทยาเขตภูเก็ต โดยมุ่งเน้นงานวิจัยด้านสิ่งแวดล้อมและภัยธรรมชาติของโลก โดยเฉพาะปัญหาในภูมิภาคอันดามัน ด้วยการผสมผสานองค์ความรู้และนักวิจัยผู้เชี่ยวชาญจากหลายศาสตร์ หลากเทคโนโลยี และนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ สำหรับสร้างความเข้าใจ สามารถทำนาย และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของโลก โดยมีการเปิดเรียนการสอนระดับบัณฑิตศึกษา รวมถึง ESSAND ได้พัฒนาเว็บไซต์ www.worldmeteorology.com เพื่อให้บริการข้อมูลอุตุนิยมวิทยาสำหรับประชาชนทั่วไป และพัฒนาแอปพลิเคชั่นที่ชื่อว่า WMApp ใช้กับโทรศัพท์มือถือและแท็บเล็ต ที่สามารถแสดงข้อมูลหยาดน้ำฟ้าทั่วโลกที่ประมาณค่าจากการสังเกตของดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา และข้อมูลผลการพยากรณ์อากาศ โดยการแสดงอัตราหยาดน้ำฟ้า (ฝน) อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ ความเร็วและทิศทางลม ปริมาณน้ำและน้ำแข็งในบรรยากาศ ล่วงหน้า 24-28 ชั่วโมง ครอบคลุมบริเวณอาเซียน และแสดงรายละเอียดของทุกจังหวัดในประเทศไทย

บัณฑิตวิทยาลัยสหวิทยาการวิทยาศาสตร์ระบบโลกและการจัดการภัยธรรมชาติอันดามัน

และเราก็ได้ทราบว่าเทคโนโลยีในการพยากรณ์อากาศของที่นี่ ได้รับการยอมรับว่ามีความแม่นยำสูงมาก ซึ่งเกิดจากหลักการคำนวณและพยากรณ์ที่คิดค้นขึ้นเองโดยคนไทย ไม่ได้เป็นการอ้างอิงข้อมูลจากแหล่งพยากรณ์อื่นๆ แล้วนำมาแสดงผลเหมือนแอพพลิเคชั่นที่ใช้กันทั่วไป โดยคีย์แมน หรือบุคคลที่มีความสำคัญมากที่สุดของหน่วยงานแห่งนี้ คือ ผศ.ดร.ชินวัชร์ สุรัสวดี ผู้อำนวยการ ESSAND ซึ่งถือเป็นนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ระดับประเทศ ที่ได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติ และเป็นผู้คิดค้นอัลกอริทึม ด้วยความทุ่มเทและเพียรพยายามเกือบ 10 ปี สำหรับใช้ในการพยากรณ์อากาศทั่วโลก ซึ่งได้ตีพิมพ์ในวารสารระดับนานาชาติหลายผลงาน

จากความน่าสนใจเหล่านี้ทาง Phuketindex.com จึงหาโอกาสเข้าไปพูดคุยกับ ดร.ชินวัชร์ เพื่อทำความรู้จักกับกับเขารวมถึงสอบถามที่มาของ World Meteorology ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไรและทำไมถึงสามารถพยากรณ์อากาศได้อย่างแม่นยำสูงถึง 95%

เรามาเริ่มต้นด้วยการทำความรู้จักกับ ดร.ชินวัชร์

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ชินวัชร์ สุรัสวดี สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า จาก Massachusetts Institute of Technology (MIT) สหรัฐอเมริกา เมื่อปี พ.ศ. 2550 เคยได้รับรางวัลต่างๆ หลายรางวัล เช่น รางวัลนักเทคโนโลยีรุ่นใหม่ พ.ศ. 2555 จากมูลนิธิส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในพระบรมราชูปถัมภ์ รางวัลผลงานวิจัยระดับดีเด่น สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย พ.ศ. 2556 จากสภาวิจัยแห่งชาติ รางวัลอาจารย์ตัวอย่างรุ่นใหม่ พ.ศ. 2556 และรางวัลบุคลากรดีเด่น พ.ศ. 2555 จากมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ รางวัลวิทยานิพนธ์ปริญญาเอก ระดับดีเยี่ยม สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย พ.ศ. 2550 จากสภาวิจัยแห่งชาติ เกียรติบัตรแสดงการมีส่วนร่วมในความสำเร็จ ของโครงการ AIRS จากองค์กร National Aeronautics and Space Administration (NASA) ประเทศสหรัฐอเมริกา เป็นต้น

หนึ่งในผลงานหลักที่ทำให้ได้รับรางวัลดังกล่าว คือผลงาน การพัฒนาอัลกอริทึม (ขั้นตอนวิธี) ในชื่อว่า AMP (AMSU MIT Precipitation Retrieval Algorithm) สำหรับประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าทั่วโลก (ฝน, ลูกเห็บ, หิมะ) จากข้อมูลที่สังเกตจากดาวเทียมมิลลิมิเตอร์เวฟแบบพาสซีฟ ซึ่งมีความถูกต้องแม่นยำสูงมาก สามารถให้ข้อมูลหยาดน้ำฟ้าครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลก โดยเป็นอัลกอริทึมแรกของโลกที่สามารถประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าที่ตกลงบนพื้นผิวโลกที่ปกคลุมด้วยหิมะหรือน้ำแข็งได้ AMP ถือเป็นอัลกอริทึมที่ดีที่สุดในโลกปัจจุบัน ข้อมูลหยาดน้ำฟ้าที่ถูกต้องแม่นยำเป็นประโยชน์อย่างมากในการบริหารจัดการน้ำและสามารถใช้ในการประเมินสถานการณ์เพื่อลดความเสียหายอันเนื่องจากภัยธรรมชาติ อัลกอริทึม AMP เป็นผลงานวิจัยที่ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ชินวัชร์ สุรัสวดี และ Prof. Dr. David H. Staelin ของ MIT ได้ร่วมกันศึกษา วิจัย และพัฒนาอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2547 ถึงปัจจุบัน โดยได้รับทุนวิจัยจาก National Aeronautics and Space Administration (NASA) National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) และคณะเทคโนโลยีและสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ วิทยาเขตภูเก็ต

World Meteorology by ESSAND

World Meteorology by ESSAND

จุดเริ่มต้นของเว็บไซต์และโมบายแอพพลิเคชั่น World Meteorology

ดร. ชินวัชร์ บอกกับเราว่า ปัจจุบันมีภัยธรรมชาติที่เกิดขึ้นกับจังหวัดชายฝั่งอันดามัน หากไม่นับรวมการเกิดสึนามิซึ่งเกิดขึ้นไม่กี่ครั้งในช่วงชีวิตของคนแล้ว มีภัยธรรมชาติที่ส่งผลกระทบความเป็นอยู่ของประชาชนเป็นประจำ ได้แก่ น้ำท่วม ดินถล่ม หรือแผ่นดินไหว สำหรับข้อมูลฝนและผลการพยากรณ์อากาศล่วงหน้าที่ถูกต้องแม่นยำและมีความละเอียดสูง ที่สามารถระบุตำแหน่งและเวลาที่จะเกิดได้นั้น สามารถใช้ในการเตือนภัยน้ำท่วมและดินถล่มล่วงหน้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ จะช่วยบรรเทาความเสียหายที่จะเกิดขึ้นต่อประชาชนได้ นอกจากนี้ ผลการพยากรณ์อากาศล่วงหน้ายังมีประโยชน์ในการใช้ชีวิตประจำวันของประชาชน และสามารถใช้ในการวางแผนการท่องเที่ยว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พื้นที่อันดามันของประเทศไทย โดยเฉพาะจังหวัดภูเก็ต เป็นแหล่งท่องเที่ยวที่สำคัญของโลก ผมจึงมีแนวคิดในการนำผลงานวิจัยของผมและผู้ร่วมวิจัย ในเรื่องของการประมาณค่าฝนจากการสังเกตของดาวเทียม และการพยากรณ์อากาศเชิงเลขความละเอียดสูงสำหรับประเทศไทย ซึ่งมีความถูกต้องแม่นยำสูง มาผลิตข้อมูลหยาดน้ำฟ้าและผลการพยากรณ์อากาศนำเสนอต่อประชาชนในวงกว้าง โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้เกิดประโยชน์ต่อสังคมและประชาชนทั่วไปสามารถเข้าถึงได้ ESSAND จึงได้พัฒนาเว็บไซต์ www.worldmeteorology.com และได้พัฒนาแอพพลิเคชั่น WMApp ใช้กับอุปกรณ์มือถือและแท็บเล็ตเพื่อให้ประชาชนทั่วไปสามารถเข้าถึงข้อมูลได้อย่างรวดเร็วและสะดวกมากยิ่งขึ้น

World Meteorology by ESSAND

ข้อมูลที่นำเสนอบนเว็บไซต์ www.worldmeteorology.com และแอพพลิเคชั่น WMApp นั้น ประกอบด้วย 1. ผลการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าทั่วโลกจากการสังเกตของดาวเทียมคลื่นมิลลิมิเตอร์เวฟแบบแพสซิฟ โดยใช้อัลกอริทึม AMP (AMSU MIT Precipitation Retrieval Algorithm) 2. ผลการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าจากการสังเกตของดาวเทียมค้างฟ้าอินฟราเรดแบบแพสซิฟ โดยใช้อัลกอริทึม JPP (JAMI PSU Precipitation Retrieval Algorithm) 3. ผลการพยากรณ์อากาศแสดงอัตราหยาดน้ำฟ้า อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ ความเร็วและทิศทางลม และปริมาณน้ำและน้ำแข็งในบรรยากาศ ล่วงหน้า 24-28 ชั่วโมง ครอบคลุมบริเวณเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และแสดงรายละเอียดของทุกจังหวัดในประเทศไทย ข้อมูลดังกล่าวทั้งหมดที่นำเสนอ ผลิตจากแบบจำลองและอัลกอริทึมของผมและผู้ร่วมวิจัย นอกจากนี้เว็บไซต์และแอพพลิเคชั่นดังกล่าวยังให้ข้อมูลแผ่นดินไหวทั่วโลก ซึ่งเป็นข้อมูลจากหน่วยงาน USGS ประเทศสหรัฐอเมริกาด้วย

สำหรับแอปพลิเคชั่น WMApp กำลังถูกเผยแพร่สู่สังคมผ่านสื่อต่างๆ ให้ประชาชนทั่วไปได้รับทราบอย่างกว้างขวาง และทางเราพร้อมจะให้ข้อมูล และสนับสนุนหน่วยราชการต่างๆ เพื่อนำไปใช้ต่อให้เกิดประโยชน์ในด้านการป้องกันสาธารณภัย ปัจจุบันเว็บไซต์ และแอปพลิเคชั่น WMApp จัดทำเป็น 3 ภาษา คือ ไทย อังกฤษ และภาษาจีน โดยจะมีการขยายพื้นที่การพยากรณ์ไปยังประเทศเพื่อนบ้านในอาเซียน และประเทศอื่นๆ ในเอเชียต่อไป

World Meteorology by ESSAND

ข้อมูลหยาดน้ำฟ้ามีประโยชน์อย่างไรและทำไมถึงเป็นการยากที่จะได้ข้อมูลที่ถูกต้องแม่นยำ

ผอ. ESSAND อธิบายว่า หยาดน้ำฟ้า (Precipitation) เป็นส่วนประกอบหลักที่สำคัญของวัฏจักรของน้ำ และเป็นต้นกำเนิดของน้ำจืดเกือบทั้งหมดบนโลก และมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเกิดภัยธรรมชาติต่างๆ เช่น น้ำท่วม ดินถล่ม และภัยแล้ง เป็นต้น ข้อมูลหยาดน้ำฟ้าที่ถูกต้องแม่นยำ และครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลกมีความสำคัญในการบริหารจัดการน้ำ การบริหารจัดการเขื่อน กสิกรรม อุตสาหกรรม การใช้ชีวิตประจำวันของมนุษย์ และสิ่งมีชีวิต การตรวจตราการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศโลก (Climate Change) การพยากรณ์อากาศ การเตือนภัย การป้องกัน และการแก้ไขปัญหาภัยธรรมชาติ

การได้มาซึ่งข้อมูลหยาดน้ำฟ้าที่ถูกต้องแม่นยำนั้นเป็นเรื่องยาก เนื่องจากอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ในการวัดปริมาณของหยาดน้ำฟ้านั้นต่างก็มีข้อด้อย เช่น มาตรวัดฝน (Rain Gauge) มีความแม่นยำน้อยลงเนื่องจากอิทธิพลของลม นอกจากนี้ หยาดน้ำฟ้ามีความไม่สม่ำเสมอในเชิงพื้นที่ ในขณะที่ตำแหน่งของมาตรวัดฝนโดยมากอยู่ห่างกัน เรดาร์ (RADAR) วัดสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สะท้อนจากน้ำและน้ำแข็งที่อยู่ในบรรยากาศ แต่น้ำ และน้ำแข็งเหล่านั้นไม่จำเป็นต้องตกลงมาบนพื้นโลก บางส่วนอาจจะระเหย หรือระเหิด ตำแหน่งอาจเปลี่ยนแปลงเนื่องจากลม ทั้งมาตรวัดฝน และเรดาร์มีข้อจำกัดเรื่องพื้นที่ครอบคลุม จากอุปสรรคที่เล่ามา ผมจึงเลือกวิจัยด้วยการใช้ดาวเทียม ซึ่งเป็นวิธีเดียวที่สามารถได้มาซึ่งข้อมูลหยาดน้ำฟ้าครอบคลุมทั่วโลก เพราะว่าอุปกรณ์รับรู้ (Sensors) ช่วงคลื่นมิลลิมิเตอร์เวฟ (Millimeter-Wave) สามารถมองทะลุเห็นโครงสร้างภายในของเมฆได้ ทำให้มีประสิทธิภาพสูง แต่ทว่า อัลกอริทึมที่ใช้สำหรับการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าส่วนใหญ่พัฒนาโดยใช้ข้อมูลที่ได้จากมาตรวัดฝน หรือจากเรดาร์ซึ่งอาจมีความผิดพลาด เราจึงใช้การสังเกตของดาวเทียมเป็นวิธีเดียวที่จะได้ข้อมูลครอบคลุมพื้นที่ทั้งโลกอย่างต่อเนื่อง และรวดเร็ว รวมถึงประหยัดค่าใช้จ่าย โดยอุปกรณ์วัดรังสีช่วงคลื่นมิลลิมิเตอร์เวฟที่เราเลือกใช้ ทำให้เห็นรายละเอียดต่างๆ ในระดับชั้นบรรยากาศ และมีประสิทธิภาพสูงในการรับรู้หยาดน้ำฟ้า

World Meteorology by ESSAND

ESSAND SERVER
ระบบคอมพิวเตอร์คลัสเตอร์ ใช้ในการประมวลผลระบบพยากรณ์อากาศเชิงเลขและระบบประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าจากการสังเกตของดาวเทียม

โดยข้อมูลที่เราได้เป็นการสังเกตจากดาวเทียมมิลลิมิเตอร์เวฟแบบพาสซีฟ หลักการทำงานของอัลกอริทึม AMP จะดำเนินการกับสัญญาณดาวเทียมมิลลิมิเตอร์เวฟแบบพาสซีฟแล้วสามารถบอกได้ว่าหยาดน้ำฟ้า ซึ่งก็คือ ฝน หิมะ และลูกเห็บ ว่าตกลงมาถึงพื้นโลกด้วยอัตราการตกเท่าไร มีปริมาณเท่าไร คำว่าอัลกอริทึม (Algorithm) หมายถึง ขั้นตอนวิธีในการแก้ปัญหาหนึ่งๆ อัลกอริทึม AMP ได้ผ่านการตรวจสอบความถูกต้องโดยได้เปรียบเทียบผลการประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าจากอัลกอริทึม AMP กับสัญญาณสะท้อนที่สังเกตโดยเรดาร์ CloudSat ที่อยู่บนดาวเทียม และเปรียบเทียบกับข้อมูลหยาดน้ำฟ้าที่สังเกตจากมาตรวัดฝนทั่วโลก ทำให้อัลกอริทึม AMP สามารถประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าได้ถูกต้องแม่นยำทั่วโลก

ขณะเดียวกัน AMP เป็นอัลกอริทึมแรกของโลกที่สามารถประมาณค่าหยาดน้ำฟ้าได้อย่างถูกต้องแม่นยำ บนพื้นที่ที่มีหิมะปกคลุม หรือเป็นทะเลน้ำแข็ง ซึ่งในปัจจุบันยังไม่มีอัลกอริทึมอื่นใดที่มีความสามารถดังกล่าว ถือได้ว่า อัลกอริทึม AMP มีความทันสมัยที่สุดในโลก อัลกอริทึมดังกล่าวให้ข้อมูลหยาดน้ำฟ้าที่ถูกต้องแม่นยำทั่วโลกทุกวันจากการสังเกตของดาวเทียม

ในอนาคต จะมีการต่อยอดพัฒนาอัลกอริทึมสำหรับอุปกรณ์รับรู้อื่นที่สังเกตช่วงคลื่นความถี่ที่ใกล้เคียงกัน ผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า AMP เป็นประโยชน์ต่อการบริหารจัดการน้ำ การบริหารจัดการเขื่อน การตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก และการเตือนภัยพิบัติธรรมชาติล่วงหน้า เช่น น้ำท่วม ดินถล่ม และการทำลายของพายุที่มีพลังงานสูง ผลิตภัณฑ์หยาดน้ำฟ้า AMP ได้มีการผลิตต่อเนื่องทุกวัน และเผยแพร่ให้แก่ประชาชนได้นำไปใช้โดยไม่คิดค่าใช้จ่าย ที่ผ่านมา มีนักวิจัยจาก NASA และ NOAA มาขอข้อมูลไปใช้แล้ว และมีผลการตอบรับดีมาก โดยนักวิจัยจาก NOAA ได้ส่งจดหมายยืนยันว่าอัลกอริทึม AMP เป็นอัลกอริทึมเดียวของโลกที่ให้ค่าประมาณหยาดน้ำฟ้าได้ถูกต้องแม่นยำ แม้แต่บนพื้นที่ที่มีหิมะปกคลุม หรือเป็นทะเลน้ำแข็ง

World Meteorology by ESSAND

ในขณะที่การพยากรณ์อากาศทั่วไป มีความคลาดเคลื่อนสูง เพราะอะไร World Meteorology จึงแม่นยำกว่า?

การพยากรณ์อากาศในบริเวณประเทศไทยนั้นยากกว่าการพยากรณ์อากาศในบริเวณละติจูดกลาง เช่น ในแถบอเมริกาและยุโรป ทั้งนี้เนื่องจากประเทศไทยตั้งอยู่ในเขตร้อน ซึ่งหมายความถึงบริเวณเส้นศูนย์สูตร การเกิดเมฆส่วนใหญ่ในบริเวณเขตร้อนนั้นเกิดขึ้นในแนวดิ่ง คืออากาศร้อนจะลอยตัวสูงขึ้น ไอน้ำเกิดการควบแน่นเป็นเมฆ แล้วตกลงมาเป็นฝน ซึ่งกระบวนการทั้งหมดอาจจะเกิดขึ้นในเวลาเพียงหนึ่งชั่วโมงเท่านั้น เมฆที่เกิดขึ้นมีขนาดเล็ก และเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ยกตัวอย่างเช่น ในจังหวัดภูเก็ต มีการตกของฝนแบบเป็นหย่อมๆ เฉพาะบางพื้นที่อยู่เป็นประจำ ในขณะที่ระบบอากาศในแถบอเมริกาและยุโรปมีความเสถียรมากกว่า เมฆมีขอบเขตในแนวนอนใหญ่กว่าและมีการเปลี่ยนแปลงช้ากว่า การพยากรณ์อากาศในแถบอเมริกาและยุโรปจึงสามารถพยากรณ์ได้ล่วงหน้าเป็นเวลานานถึง 7 วัน และมีความแม่นยำมากกว่า งานวิจัยในระดับโลกซึ่งวิจัยเกี่ยวกับการพยากรณ์อากาศในเขตร้อนจึงมีไม่มาก งานวิจัยที่ผมทำขึ้นนี้จึงถือว่าเป็นงานวิจัยแรกที่จัดทำขึ้นและได้ผลดี

การศึกษาวิจัยของผมได้ใช้แบบจำลองพยากรณ์อากาศเชิงเลขความละเอียดสูงที่มีความซับซ้อนสูงมาพัฒนาเป็นระบบพยากรณ์อากาศสำหรับประเทศไทย โดยได้เลือกพารามิเตอร์ต่างๆ ให้เหมาะสมกับประเทศไทยมากที่สุด และใช้ข้อมูลที่สังเกตจากดาวเทียมเข้ามาช่วย การศึกษาวิจัยได้ทำการตรวจสอบความถูกต้องของผลการพยากรณ์อากาศล่วงหน้าประมาณ 12 ชั่วโมง สำหรับเหตุการณ์พายุต่างๆ ในบริเวณประเทศไทย โดยเปรียบเทียบกับที่ดาวเทียมสังเกตจริง ผลการศึกษาวิจัยพบว่า ผลการพยากรณ์อากาศมีความสอดคล้องกันเป็นอย่างดีกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจริง

เข้าชมเว็บไซต์ของ World Meteorology by ESSAND
ได้ที่ www.worldmeteorology.com
หรือดาวน์โหลดแอพพลิเคชั่น สำหรับสมาร์ทโฟนระบบปฏิบัติการ Android และ iOS โดยค้นหาคำว่า WMApp

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.