Die Klimamodellierung mit OASIS 4

Die Erdsystemmodellierung unterstützt die Klimaforschung enorm. In Europa wird zur Klimamodellierung eine Vielzahl von Computermodellen und -plattformen genutzt, die das Erdsystem simulieren. In einer so mannigfaltigen und dezentralisierten Forschungsumgebung ist die Entwicklung einer umfassenden Hard- und Software-Infrastruktur Vorraussetzung für die kontinuierliche Steigerung des Grundverständnisses natürlicher Vorgänge.

Das PRISM-Projekt (Programm für integrierte Erdsystemmodellierung) richtete sich auf die Ausstattung der Europäischen Gemeinschaft für Erdsystemmodellierung mit einer gemeinsamen Software-Infrastruktur. Die PRISM-Software soll den breiteren Austausch, die Verbreitung und die gemeinsame Analyse der Modellergebnisse vereinfachen. Dies bedeutet eine flexible Modellstruktur mit austauschbaren Modellkomponenten (Atmosphäre, Atmosphärenchemie, Erdoberfläche, Ozean, Meereseis, Meeres-Biogeochemie oder regionale Modelle), die Informationen über Standardschnittstellen austauschen. Um diese Ziele zu erreichen, wurden für alle Aspekte der Software Standards festgelegt, die die Anforderungen an geringe Wartungskosten, hohe Flexibilität und Mobilität erfüllen.

In diesem Zusammenhang wurde ein OASIS4-Koppler (Ocean Atmosphere Sea Ice Soil – Ozean Atmosphäre Meereseis Landoberfläche) entwickelt, eine Software, die den synchronisierten Austausch von Kopplungsinformationen zwischen numerischen Modellen ermöglicht, die verschiedene Komponenten darstellen. Dieses Softwarepaket ermöglicht die Kopplung (Datenaustausch) zwischen zwei oder mehr beliebigen Klimakomponentenmodellen sowie die Ein-/Ausgabe jeder einzelnen Klimakomponente.

OASIS4 besteht aus einer zentralen parallel ausführbaren Funktion, die zuerst die vom Benutzer in XML-Dateien festgelegten Konfigurationsinformationen extrahiert und die Prozessverwaltung der gekoppelten Simulation organisiert. Während der Durchlaufzeit führt die zentrale parallel ausführbare Funktion die Neurasterung der Kopplungsbereiche durch. Jede ESM-Anwendung kann nur ein oder aber auch mehrere Klimakomponentenmodelle verwalten (z.B. Modell des Meeres, des Meereseises, der Atmosphäre usw.). Um während der Durchlaufzeit mit anderen Komponentenmodellen interagieren zu können, müssen die Komponentenmodelle mit der PRISM System Model Interface Library (PSMILe) verbunden sein. Die OASIS PSMILe gewährleistet eine vollständig parallele Kommunikation, einschließlich parallele Umgebungssuche auf der Grundlage eines Multigrid-Algorithmus, um die Anforderungen der Kopplungsbereiche zwischen deren Ausgangs- und Zielgrids zu erfüllen.

Die Funktionalität und Skalierbarkeit der OASIS4-Anwendung wurde anhand unterschiedlicher Miniaturmodelle demonstriert, die zwar keine Dynamik umfassen, jedoch realistische Bedingungen nachbilden. Zusätzlich dazu ist Mobilität ein wesentliches Merkmal von OASIS4, da das Modell so auf verschiedenen Plattformen betrieben werden kann. Diese grundlegenden Gestaltungskonzepte versprechen einen großen Erfolg von OASIS4 bei der Erfüllung der derzeitigen Anforderungen der Klimamodellierungsgemeinschaft.