ICON-Modellsystem: Ein wichtiger Schritt in der Klima- und Wetterforschung
Kategorie: Branche
Thema: Digitalisierung
Autor: Sarah Hofer
06. Februar 2024 Ι Die Wissenschafts- und Forschungsgemeinschaft in Deutschland und der Schweiz hat vergangenen Mittwoch, dem 31.1.2024, das renommierte Klima- und Wettermodell ICON unter einer Open-Source-Lizenz der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.
Die Institutionen hinter ICON, darunter das Schweizer Center for Climate Systems Modeling, das Deutsche Klimarechenzentrum, der Deutsche Wetterdienst, das Karlsruher Institut für Technologie sowie das Max-Planck-Institut für Meteorologie, betonen ihre Verpflichtung, Wissenschaft im Dienste der Gesellschaft zu betreiben.
ICON-Modellsystem: Komponenten und Funktionsweise
ICON zeigt, wie gewinnbringend die Zusammenarbeit zwischen der Forschung und den nationalen Wetterdiensten ist: Die enge Kooperation mündet in sehr effizienten Wetterprognosen und Klimaprojektionen, von denen neben der Forschungsgemeinschaft vor allem auch die Gesellschaft profitiert. Die Bereitstellung des Codes ist ein wichtiger Schritt, um Vertrauen in die Wissenschaft und die Institutionen zu stärken. ICON wurde zunächst gemeinsam von DWD und MPI-M als Atmosphären- bzw. Wettervorhersagemodell entwickelt und wird heute in Deutschland und der Schweiz für die operationelle Wettervorhersage eingesetzt. Im Hinblick auf die Klimaforschung hat das MPI-M passende Modelle weiterer Komponenten des Erdsystems entwickelt, die es erlauben, ICON als vollständig gekoppeltes Klima- und Erdsystemmodell zu nutzen.
Das ICON-Modellsystem besteht aus mehreren Komponenten, darunter eine für die Ozeanzirkulation, eine für die marine Biogeochemie, eine für die Landbiosphäre und die hydrologischen Prozesse sowie eine für Aerosole und atmosphärische Chemie. Die Wechselwirkung dieser Komponenten beeinflusst die Luftqualität, Sonneneinstrahlung, Wolken und Niederschlag. Die für die Kopplung der Teilmodelle notwendige Softwarekomponente YAC wurde gemeinsam von DKRZ und MPI-M entwickelt und von Anfang an als Open Source veröffentlicht. Um die Simulationen auf den aktuell weltweit schnellsten Supercomputern effizient berechnen zu können, haben die C2SM Partner ETH und MeteoSchweiz gemeinsam mit dem MPI-M, dem DKRZ und DWD eine ICON-Version entwickelt, die GPUs unterstützt. Alle Teilmodelle und Versionen sind in dem Open-Source-Release enthalten, so dass ICON in verschiedensten Auflösungen und Konfigurationen genutzt werden kann, um eine ganze Bandbreite von Anwendungen – von globalen und regionalen Wettervorhersagen über Klimaprojektionen bis hin zu sehr hoch aufgelösten digitalen Zwillingen des Erdsystems – zu ermöglichen.
Open-Source-Lizenz und ihre Bedeutung
Die Veröffentlichung des ICON-Modellcodes unter einer Open-Source-Lizenz ist ein bedeutender Schritt hin zu offener, transparenter, qualitätsgesicherter und kollaborativer Wissenschaft. Forscherinnen und Forscher weltweit erhalten die Möglichkeit, auf einem der führenden Modelle für Wettervorhersagen und Klimasimulationen aufzubauen und gemeinsam an zukunftsweisenden Projekten zu arbeiten. Die Lizenz ermöglicht auch eine kommerzielle Nutzung. Prof. Roland Potthast, Leiter der Abteilung Meteorologische Analyse und Modellierung beim Deutschen Wetterdienst, betont, dass die Bereitstellung des ICON-Modellcodes als Open Source nicht nur dazu beiträgt, die Zusammenarbeit zwischen Forschung und nationalen Wetterdiensten zu intensivieren, sondern auch der gesamten Gesellschaft die Möglichkeit bietet, von modernsten Entwicklungen in der Klima- und Wetterforschung zu profitieren. Die Open-Source-Veröffentlichung erleichtert die Einbindung von ICON in internationale Forschungskooperationen und stärkt die Position Europas auf dem Gebiet der Klima- und Wetterforschung. Zudem ermöglicht sie eine effizientere Zusammenarbeit mit Herstellern von Supercomputern, die die Leistungsfähigkeit ihrer Hardware mithilfe von Wetter- und Klimamodellen testen und verbessern können.
Prof. Bjorn Stevens, Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie, sagt: ”Die Open-Source-Veröffentlichung von ICON ist ein wichtiger Meilenstein. Aus wissenschaftlicher Sicht ist dieser Schritt spannend, weil er uns ermöglicht, ein breiteres Spektrum an Fachwissen zu nutzen, um die neuen Informationstechnologien besser auszuschöpfen. Diese Technologien werden uns helfen, rechnerische Barrieren zu überwinden, noch detailliertere und realistischere Modelle zu ermöglichen und so die Grenzen des Wissens zu verschieben. So können wir neue Arten von Fragen stellen oder alte Fragen besser beantworten.”
Community-Interface ComIn
Das eigens entwickelte Community-Interface ComIn ermöglicht Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, das ICON-Modell durch eigene Plug-Ins zu erweitern, ohne den komplexen Modellcode ändern zu müssen. Dies fördert nicht nur die Flexibilität in der Forschung, sondern entfesselt auch die Innovationskraft innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Corinna Hoose, Professorin am Institut für Meteorologie und Klimaforschung Troposphärenforschung des KIT, ergänzt, dass die Open-Source-Stellung von ICON-ART die Weiterentwicklung und Anwendung des Modells für Umweltvorhersagen, z. B. von Luftqualität, vereinfacht und einer größeren Wissenschafts- und Nutzungsgemeinschaft zugänglich gemacht wird. Forschende am KIT freuen sich darauf, zusammen mit den anderen ICON-Partnern und Anwendern und Entwicklern aus der ganzen Welt ICON in Zukunft weiter zu verbessern und die Fähigkeiten des Modells zu erweitern.
