WarmWorld
Bisher waren globale Klimamodelle nur in der Lage, Simulationen mit einer Auflösung von 50 bis 100 km durchzuführen. Mit erhöhter Auflösung können viele kleinräumige Prozesse – vor allem in Wolken, aber auch im Ozean – mit physikalischen Gesetzen beschrieben oder mit besseren Ansätzen als bisher parametrisiert werden. Das Erreichen dieses Ziels ist mit erheblichen technischen Herausforderungen verbunden. Insbesondere muss das Modell die neuen Möglichkeiten des Hochleistungsrechnens (Exascale-Computing) effizient ausnutzen.
Das Projekt WarmWorld bringt elf Partner-Institutionen aus Deutschland zusammen, um an der Skalierbarkeit des ICON-Modells für Exascale-Anwendungen zu arbeiten. Das bedeutet, dass das Modell schneller, besser und einfacher zu betreiben sein wird – und das unabhängig von der Recheninfrastruktur. Das Ziel ist es, globale ozeanische und atmosphärische gekoppelte Zirkulationssysteme auf Kilometerskalen aufzulösen. Damit reiht sich WarmWorld in die Bemühungen anderer Projekte ein, die die nächste Generation von sturmauflösenden Klimamodellen entwickeln und die Erdsystemwissenschaften mit den Fortschritten der Rechentechnik in Einklang bringen:nextGEMS, DestinE, EERIE, ACROSS
Wissenschaftliche Auswirkungen
Ein ICON-Modell, das im Hinblick auf die Fähigkeiten der nächsten Generation von Erdsystemmodellen entwickelt wurde, wird unser Verständnis und unsere Abhängigkeit von der Quantifizierung der Auswirkungen des Klimawandels auf regionaler und globaler Ebene verbessern. Ein solches Unterfangen erfordert die Auflösung physikalischer Prozesse, die in früheren Generationen zugunsten von Rechenkapazitäten vernachlässigt werden mussten. Die aktuellen Fortschritte im Supercomputing öffnen endlich die Türen für eine realistische Simulation von Zirkulationen, die zu Stürmen in der Atmosphäre, Wirbeln im Ozean und Rissen im Eis führen. Um von diesen Fortschritten zu profitieren, müssen sich auch unsere Modelle weiterentwickeln. Diese sollten auf portablem Code, verbesserten Algorithmen für höhere Leistung und vereinfachten, flexiblen Arbeitsabläufen beruhen.
Projekt-Module
Das Faster Modul von WarmWorld revolutioniert die ICON-Codebasis in einen offenen, skalierbaren, modularisierten und flexiblen Code, der ICON im Wesentlichen schneller macht.
WarmWorld Better wird die Entwicklung der Modellkonfigurationen verfeinern und testen und eine Feinabstimmung der kritischen ICON-Modellkomponenten vornehmen, um ausgewogene dekadische Simulationen auf Kilometerskalen für die WarmWorld-Anwendungsphase bereitzustellen. In diesem Modul werden auch neuartige Methoden zur Unterstützung von ICON-Verbesserungen prototypisch entwickelt und getestet, wobei Entwicklungsprojekte konzipiert und mit Anwendungen verknüpft werden.
Die Umwandlung des Codes und des Aufbaus von ICON wird mit einer Umwandlung der Informationen einhergehen. Das Modul Easier hat die Aufgabe, diese sichtbar, zugänglich und interoperabel zu machen. Letztendlich wird das Modul einen datenzentrierten ICON-Workflow zur Verwaltung der Exascale-Datenströme vorbereiten, einen harmonisierten Zugang zu den Simulationssystemen und dem Output einrichten sowie Prototypen für Exascale-Analyse-Workflows erstellen, die die Analyse von der Informationsquelle abstrahieren.
Das vierte Modul von WarmWorld, Smarter, befasst sich mit Datenkomprimierung, Simulationsbeschleunigung und In-situ-Analyse in Zusammenarbeit mit den Bereichen angewandte Mathematik und Informatik.
Anwendung Auswirkungen
Ein ICON-Modell, das in der Lage ist, lokale Landschaften und Niederschlagsraten in Übereinstimmung mit Messungen aufzulösen und zwischen Wolken und klarem Himmel zu unterscheiden, wird mehr Informationen liefern, die verständlich sind und leicht von Gruppen außerhalb der Modellierungscommunity genutzt werden können, wie z. B. dem Sektor der erneuerbaren Energien, dem Ökosystemmanagement, oder Kommunen.
Dauer
09/2022 – 02/2027
Gefördert durch
Wissenschaftliche Projektleitung
Bjorn Stevens (MPI-M), Joachim Biercamp (DKRZ), Thomas Jung (AWI)
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