Klimamodelle VSC

Bei der Simulation komplexer Klimamodelle stehen ForscherInnen oft vor dem Problem, dass es nicht möglich ist, die Modelle auf kleinere Regionen zu beschränken, um Rechenleistung und Speicherbedarf einzusparen. Hochleistungsrechnen (High-Performance Computing, HPC) ist daher für die meisten modernen Klimamodelle unerlässlich, insbesondere für solche, die den gesamten Globus in die Simulation einbeziehen.

Um zu lernen, solche Simulationen auf HPC-Systemen durchzuführen und zu optimieren, bekamen Studierende des Instituts für Meteorologie und Geophysik (Universität Wien) die Möglichkeit, den Vienna Scientific Cluster (VSC) im Rahmen der Lehrveranstaltung Modelling and Data Analysis zu nutzen.

Unter der Anleitung von Marina Dütsch, Lukas Brunner und Daria Tatsii lernten die Studierenden wie die Berechnung eines Klimamodells vorbereitet und durchgeführt wird und die erhaltenen Daten analysiert werden. Außerdem konnten die Teilnehmenden den Umgang mit serverbasierten Linux-Systemen, Versionskontrolle, Grundlagen von slurm, domänenspezifische Datenformate wie NetCDF und Werkzeuge wie die Climate Data Operators (CDO) erarbeiten und üben.

Zugang zum VSC

Die Übungen am VSC bestanden darin, das state-of-the-art Klimamodell “Community Earth System Model Version 2” (CESM2) einzurichten und zu konfigurieren. Die Studierende erhielten temporäre Nutzerberechtigungen auf dem VSC und nach einer kurzen Testsimulation konnten selbstständig drei 10-Jahres-Simulationen durchgeführt werden:

• eine Basissimulation mit fixierten Meerestemperaturen
• eine Interventionssimulation mit der vierfachen CO₂-Konzentration
• eine weitere Interventionssimulation mit einem Anstieg der Meerestemperaturen um 4K

Anschließend untersuchten die Studierenden die Unterschiede zwischen der Basissimulation und den Interventionsläufen. Die dramatischen Auswirkungen dieser Annahmen laut dem CESM2-Modell sind in der Abbildung rechts zu sehen.  

"Wir schätzen die unkomplizierte Art und Weise, wie alles für die StudentInnen eingerichtet wurde. Der Zugang zu den Rechenknoten des VSC und die Möglichkeit, selbst ein globales Klimamodell laufen zu lassen, gaben ihnen einen einzigartigen Einblick in die Welt des Hochleistungsrechnens", war das positive Feedback von Marina Dütsch.

EuroCC Austria, das Nationale Kompetenzzentrum für Supercomputing, Big Data und Künstliche Intelligenz, ermöglichte den Studierenden den einfachen Zugang zu den HPC-Ressourcen des VSC. Gemeinsam unterstützen VSC und EuroCC Austria die nächste Generation von HPC-Usern, die mit modernsten Tools komplexe Probleme in der Klimaforschung und anderen Wissenschaftsbereichen angehen kann.

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