Von der Wettervorhersage zur Klimasimulation

Eine typische Anwendung, die schon seit Jahrzehnten ohne die Rechenleistung von Supercomputern nicht denkbar wäre, ist die Wettervorhersage. Der Deutsche Wetterdienst benutzt dafür das Atmosphärenmodell ICON, eine modular aufgebaute Open- Source-Software. Mit ihr lassen sich kurze Zeiträume mit einer hohen räumlichen Auflösung berechnen und so – ausgehend von aktuellen Messwerten und Beobachtungen – eine Prognose für das Wetter der kommenden Tage stellen. Es ist zudem möglich, mit einer niedrigeren Auflösung zu arbeiten und dann über Jahrzehnte hinweg die globale Klimaentwicklung zu simulieren. „Wir wollen damit allerdings sehr viel weiter und präziser in die Zukunft schauen, also detaillierte, langfristige Klimavorhersagen erstellen“, erklärt die Meteorologin Dr. Sabine Grießbach (JSC).

Wie wird sich die weltweite Durchschnittstemperatur verändern, wenn wir weiter CO2 in die Atmosphäre pumpen? Und wie sieht es aus mit Extremwetterereignissen? Werden Hitzewellen in Zukunft häufiger über uns hereinbrechen? Und mit welcher Intensität?

Dank der Rechenleistung von JUPITER kann ICON diese Fragen künftig so genau wie nie zuvor beantworten. Der entscheidende Vorteil, den JUPITER dem Modell bietet, heißt geringere Maschenweite: ICON legt ein Gitternetz aus Dreiecken um den Erdball. Für jede dieser Zellen berechnet es die relevanten Größen wie Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit. Die Maschenweite des Netzes gibt in etwa an, wie breit ein einzelnes Dreieck ist. Bei den derzeitigen Wettervorhersagen mit ICON liegt sie bei etwa 13 Kilometern. Phänomene mit einer kleineren Ausdehnung – wie etwa Wolken – können dann im wahrsten Sinn des Wortes durch das Raster fallen.

„Mit JUPITER können wir das ändern und die Klimazukunft mit der räumlichen Auflösungvon etwa einem Kilometer simulieren“, erklärt Dr. Lars Hoffmann (JSC), Experte für Atmosphärenforschungund Modellierung: „Damit ist einBrückenschlag zwischen Wetter- und Klimamodellierungmöglich. Und extreme Ereignissewie heftige Gewitter und Starkregen dürften sichdeutlich realistischer im Computer abbilden lassenals heutzutage.“ Erste Arbeiten dafür habenschon auf dem Testsystem JEDI begonnen.

JEDI ist der erste Baustein von JUPITER, der bereits über die Hardware verfügt, die für das Boostermodul von JUPITER vorgesehen ist. Wie auch im JUPITER Booster kommen besonders effiziente GPUs des weltweit führenden Chipherstellers NVIDIA zum Einsatz.

Ein wichtiger Punkt wird sein, wie die Wetter und Klimamodelle mit der neuesten Generation von Grafikkarten, die bei JUPITER zum Einsatz kommt, funktionieren. „Zum Beispiel müssen auch viele Software-Bibliotheken installiert werden. Wir sind gerade dabei, sie zu konfigurieren, zu testen und so weit zu optimieren, dass wir die Rechnerarchitektur möglichst effizient nutzen können“, berichtet Grießbach.

Sabine Grießbach möchte mit JUPITER detaillierte Klimaprognosen erstellen.

Text: Arndt Reuning

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