D-WP2 - OPERATIONS

Zielsetzung des Projekts

Das Ziel des Projekt OPERATIONS ist die Operationalisierung und damit weitgehende Automatisierung der dekadischen Vorhersage mit dem Modellsystem MPI-ESM auf dem Hochleistungsrechner des Deutschen Wetterdienstes (DWD). Während der ersten Phase von MiKlip wurden die Simulationen am Hochleistungsrechner des Deutschen Klima Rechenzentrums (DKRZ) durchgeführt. Ziel der zweiten Projektphase ist die dekadischen Vorhersagen bis zum Ende der zweiten Phase von MiKlip beim DWD zu rechnen.

Alle durch die anderen Module und Projekte erzielten Verbesserungen werden berücksichtigt und in Kooperation mit dem Max Planck Institut für Meteorologie (MPI-M) in Hamburg die optimale Modell-Konfiguration für das operationelle System ausgewählt. Das Modellsystem MPI-ESM und die in der ersten Phase von MiKlip entwickelte Auswertungssoftware FREVA wird in Kooperation mit der Freien Universität Berlin (FUB) auf die Systeme des DWD portiert.

Dort wird nach dem Vorbild der operationellen Wettervorhersage eine Arbeitsumgebung geschaffen, die einen operationellen Betrieb des Modells ermöglicht. In dieser Arbeitsumgebung, die mit der Software „ecFlow“ realisiert wird,  können regelmäßig dekadische Vorhersagen erstellt werden und automatisiert ausgewertet werden. „Ecflow“ ist eine Scheduling-Software, die am Europäischen Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) entwickelt wird.

Struktur des Projekts

Drei Gruppen (Deutscher Wetterdienst (DWD), Max Planck Institut für Meteorologie (MPI-M) und Freie Universität Berlin (FUB)) kooperieren im Arbeitspaket D2-WP2.1. Der thematische Aspekt dieses Arbeitspakets ist der Transfer des globalen Vorhersagesystems und des Evaluierungssystems auf die Infrastruktur des DWD.

Aufgabenstellung des Projekts

Die Aufgabenstellung kann in zwei Bereiche eingeteilt werden. Die  erste Hälfte der Projektlaufzeit  (DS4) beinhaltet den Transfer des dekadischen Vorhersagesystems auf die Infrastruktur des DWDs. Der Arbeitsablauf und der Speicherplatzbedarf des späteren operationellen Vorhersagesystems werden mit einem „Spielzeug“-Setup des Vorhersagesystems vorbereitet. Während der zweiten Hälfte der Projektlaufzeit (DS5) wird das „Spielzeug“-Setup durch das vereinbarte operationelle gekoppelte Modell ersetzt und die Arbeitsabläufe daran anpasst. Mit diesem System sollen auch Anfangsbedingungen für das Globalmodell in Echtzeit produziert werden, sodass die operationelle Vorhersage jedes Jahr gestartet werden kann. Die Evaluationsroutine wird finalisiert und die Ergebnisse  bereitgestellt.

Zusammenfassung der Ziele

  • Portierung des Modellsystems MPI-ESM und der Auswertungssoftware FREVA auf die Infrastruktur des Deutschen Wetterdiensts
  • Aufbau einer hocheffizienten, automatisierten Arbeitsumgebung nach Vorbild der operationellen Wettervorhersage mit der am EZMW entwickelten Scheduling-Software „ecFlow“
  • Zur Arbeitsumgebung  gehören die Erstellung von Anfangsbedingungen und Randbedingungen (Daten-Assimilation), der Modelllauf, die Archivierung und die Auswertung
  • Optimierung der Effizienz des Vorhersage-Ensembles
  • Erstellung von Visualisierungen und Präsentation der Modelldaten
  • Erforschung der Abhängigkeit der Vorhersage-Qualität (Skill) vom Startzeitpunkt der dekadischen Vorhersage

Alle diese Aufgaben erfordern eine enge Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsbereichen in Modul D.

Bisherige Fortschritte

Die Portierung und das Testen des Modells MPI-ESM auf den Großrechner des DWD sind erfolgreich abgeschlossen. Das Testen beinhaltet einen Benchmark-Test, bei dem das Modell mit einer unterschiedlichen Anzahl von CPUs und verschiedenen Diskretisierungs-Einstellungen aufgesetzt wurde. Wenn das Modell bei maximaler CPU-Anzahl die geringste mögliche Zeit pro Modellahr benötigen soll, werden die Simulationen etwa 30% teurer im Vergleich zu einem Setup, bei dem die geringste mögliche Anzahl von CPUs verwendet wird.

Für die Simulationen und die Nachbearbeitung der Rohdaten wurde ein automatisierter Arbeitsablauf entworfen. Dieser Arbeitsablauf benutzt ecFlow als Managementsoftware. Die Korrektheit des  Arbeitsablaufs wurde überprüft, indem ein zusätzlicher Satz von Re-Forecasts in geringer Auflösung (LR) berechnet wurde. Diese Simulationen können von Projektpartnern als Referenz-Datensatz für ihre Entwicklungen an der Vorhersage-Suite genutzt werden. Weiterhin dient der Datensatz auch zum Vergleich der LR und der HR Version des MPI-ESM Modells und es können damit die Vorteile der höheren Auflösung untersucht werden.

Alle diese Aufgaben erfordern eine enge Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsbereichen in Modul D.

Kontakt

Deutscher Wetterdienst - Klima- und Umweltberatung
Klaus Pankatz
Klaus.Pankatz(at)nospamdwd.de
+49 (0)69 8062-2909

Kristina Fröhlich
Kristina.Froehlich(at)nospamdwd.de
+49 (0)69 8062-2929