Zur Übersichtsseite "Dossiers"
24.09.2014

Globale Klimamodellierung Hoch entwickelte Klimamodelle versuchen, das Klima so realitätsnah wie möglich abzubilden und Aussagen über seine künftigen Veränderungen zu machen.

Nicht jede Klimarechnung braucht einen Supercomputer

Was passiert, wenn große Eisflächen schmelzen oder die Erde aufgrund zunehmender Entwaldung immer mehr Wärme speichert? Anders als hoch aufgelöste Modelle benötigt der Planet Simulator für derartige Fragestellungen keinen Superrechner. Denn er liefert bereits bei einer vergleichsweise geringen Rechnerkapazität schnell Ergebnisse. Die Leistung des Planet Simulators ist besonders effizient in der Ausnutzung von so genannten Mehrkern-Prozessoren, die mittlerweile Standard sowohl bei PCs als auch bei Großrechnern sind.

Die Bedienung ist ausgesprochen einfach: Der Nutzer gibt relevante physikalische Eigenschaften, wie Land-Meer-Verteilung, Sonneneinstrahlung, Meeresoberflächentemperatur, Meereis, Gletscherverteilung, Albedo (Reflexion der Solarstrahlung durch die Erdoberfläche) sowie CO2-Konzentration über eine grafische Benutzeroberfläche ein. Bereits während des Rechenprozesses werden Bilder ausgegeben, die die berechneten Daten unmittelbar visualisieren. Sind sämtliche Parameter eingegeben, und ist mit ihrer Hilfe der Planet modelliert worden, können anhand der Daten verschiedene „Was wäre wenn“-Szenarien durchlaufen werden. So geht die Analyse der Daten schnell und der Forscher kann erste Trends auf einen Blick erkennen.

Ein weiterer Vorteil des Planet Simulators ist seine Schnelligkeit: Bei einer Auflösung von 500 mal 500 Kilometern pro Gitterbox können 400 Simulationsjahre innerhalb von nur 24 Stunden berechnet werden. Die gesamte Eiszeit zu berechnen –also einen Zeitraum von mehr als 10.000 Jahren – benötigt eine Rechenzeit von ein bis zwei Wochen. Und das mit einem ganz handelsüblichen Tisch-Rechner. Erst bei feineren Auflösungen von 100 bis 10 Kilometern benötigt der Planet Simulator die Rechenleistung eines Großrechners.

Die außergewöhnliche Flexibilität und Schnelligkeit macht den Planet Simulator zudem besonders interessant für die Lehre: Die Jungwissenschaftler können nach einer kurzen Einführung direkt mit ihren Berechnungen starten und erhalten sofort Ergebnisse, die gleichzeitig grafisch dargestellt werden.

Planet Simulator Screenshot; E. Kirk (Uni Hamburg)

Planet Simulator Screenshot; E. Kirk (Uni Hamburg)

Der Planet Simulator besitzt eine eingebaute grafische Benutzerschnittstelle. Sie ist vollständig nach den eigenen Wünschen konfigurierbar und stellt beliebige Modellparameter während der Simulation dar. Der Benutzer kann damit zudem während des Modelllaufs Änderungen an den Parametern vornehmen.
Die obige Abbildung zeigt einen "Screenshot" einer Beispielkonfiguration.
Das Fenster linke Spalte von oben zeigt:
1) Zonalschnitt des zonal gemittelten Windes
2) Zonalschnitt der Temperatur

Mittlere Spalte von oben:
1) Amplituden der Kugelflächenfunktionskoeffizienten des Bodendrucks
2) Teilchentransporte in der 3. atmosphärischen Schicht
3) Kontrollfenster zur Ablaufsteuerung

Rechte Spalte von oben:
1) Wasserdampfgehalt der Atmosphäre
2) Salzgehalt des globalen 3D Ozeanmodells LSG in der 6. Schicht
3) Wassertemperatur des LSG in der 6. Schicht
4) Numerische Werte ausgewählter Modellvariablen