Die Earth System Grid Federation, eine behördenübergreifende Initiative, die Daten für hochrangige Projektionen des Erdklimas sammelt und verteilt, bereitet eine Reihe von Upgrades vor, die die Nutzung der Daten einfacher und schneller machen und gleichzeitig die Pflege der Informationen verbessern werden.
Das Föderation, unter der Leitung des Oak Ridge National Laboratory des Energieministeriums in Zusammenarbeit mit den Argonne und Lawrence Livermore National Laboratorys, ist ein wesentlicher Bestandteil einiger der wichtigsten, einflussreichsten und weithin anerkanntesten Projektionen des zukünftigen Klimas der Erde: diejenigen, die von Wissenschaftlern erstellt wurden, die mit dem Coupled Model Intercomparison arbeiten Projekte für die Weltklimaforschungsprogramm.
„ESGF-Daten handeln von der Zukunft des Lebens auf der Erde“, sagte Hoffman. „Indem Wissenschaftlern einfachen Zugang zu der vollständigen Sammlung internationaler Modelle bietet, ermöglicht ESGF ihnen, die bestmögliche Vermutung über die zukünftige Entwicklung unseres Klimas anzustellen.“
Eine Schlüsselaufgabe der ESGF besteht darin, den Datenbedarf von Wissenschaftlern zu decken, die die umfassenden Klimabewertungen des Zwischenstaatlichen Ausschusses der Vereinten Nationen für Klimaänderungen vorbereiten, die alle sechs bis sieben Jahre veröffentlicht werden. Die ESGF-Daten untermauern wegweisende IPCC-Berichte wie den jüngsten Sechsten Sachstandsbericht AR6 und die Ergebnisse seiner Arbeitsgruppe. Die Daten fließen auch in IPCC-Sonderberichte ein, die sich auf Klimaanfälligkeiten, Anpassungsszenarien und Minderungsstrategien konzentrieren.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Mission der ESGF besteht darin, sicherzustellen, dass wissenschaftliche Untersuchungen transparent, kooperativ und reproduzierbar sind, angesichts ihrer direkten Auswirkungen auf die weltweite Klimaforschung und ihrer potenziellen Verwendung bei der Entscheidungsfindung.
„Alle Modelldaten des Erdsystems, die in die IPCC-Berichte einfließen, und alle wichtigen Klimasimulationen aus der ganzen Welt werden im ESGF gespeichert und durch die von uns bereitgestellten Dienste zugänglich gemacht“, sagte Forrest Hoffman, Leiter des ESGF und die Computational Earth Sciences-Gruppe am ORNL. „Der Verband bringt Daten in die Hände von Zehntausenden von Forschern, die sie analysieren und mit Beobachtungsdaten vergleichen, um unsere besten Zukunftsprognosen ständig zu aktualisieren.“
In einer neuen Iteration des ESGF-Projekts arbeiten Computerwissenschaftler daran, die Entdeckung, den Zugriff und die Speicherung von Daten zu verbessern. Die Arbeit wird sich auf die neuesten Software-Tools, Cloud-Computing-Ressourcen, die leistungsstärksten Supercomputer der Welt und DOE’s stützen Netzwerk Energiewissenschaften, oder ESnet. ESnet ermöglicht derzeit Übertragungsraten von 100 Gigabit pro Sekunde zwischen nationalen Labors und Verbindungen zu nationalen und internationalen Universitäten und Forschungszentren. Ein bis Ende des Jahres erwartetes Upgrade wird die ESnet-Übertragungsraten auf bis zu 400 Gbps steigern.
„Wir werden ein völlig neues, modernisiertes und cybersicheres System für die Verteilung von Modellausgabedaten an die wissenschaftliche Gemeinschaft entwickeln und einsetzen“, sagte Hoffman.
Der Verband operiert als ein Netzwerk großer Computerknoten, die in den Vereinigten Staaten und 17 anderen Ländern gehostet werden und zusammen als ein großes Datenarchiv fungieren. ORNL, ANL und LLNL arbeiten daran, die Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit des Systems zu verbessern und einen reibungslosen Datenreplikationsprozess bereitzustellen, der sicherstellt, dass die breitere wissenschaftliche Gemeinschaft Zugang zu Daten aller ESGF-Partner hat. ORNL und ANL werden auch eine doppelte Sicherung der mehr als 10 Petabyte (und steigend) an kumulativen ESGF-Daten und -Modellen hosten, wobei sie die erstklassigen Computersysteme nutzen, die in den Labors gehostet werden.
Entwicklung robuster Benutzeroberflächen und sicherer, zuverlässiger Archive
Das mehrjährige Upgrade-Projekt hat bereits vorhandene Daten repliziert und stellt die Speicher- und Rechendienste bereit, die zum dynamischen Generieren von Daten für die Benutzergemeinschaft erforderlich sind, während neue Infrastrukturen und Dienste aufgebaut werden. ESGF hat eine erstellt Fahrplan um seine Entwicklungsarbeit zu leiten.
ORNL bringt umfangreiche Erfahrung mit großen Rechenzentren und groß angelegter Modellierung und Simulation in seine Führungsrolle bei ESGF ein. Das Labor beherbergt die Oak Ridge Leadership Computing Facility, eine Benutzereinrichtung des DOE Office of Science, deren Frontier Exascale-Computersystem kürzlich als das schnellste der Welt eingestuft wurde, sowie das Climate Change Science Institute, das Datenexperten, Modellierer und Experimentatoren zusammenbringt um das Verständnis des Klimawandels und seiner Auswirkungen zu beschleunigen.
„ORNL ist in der einzigartigen Position, über Big Data und Klima Bescheid zu wissen und als Host für sehr große Rechenzentren und die Schnittstellen zu dienen, die diese Informationen für Wissenschaftler auf der ganzen Welt leicht zugänglich machen“, sagte Hoffman.
Die Argonne Leadership Computing Facility stellt der Föderation ihre einzigartigen Fähigkeiten sowie das Globus-Forschungsdatenmanagementsystem zur Verfügung, das von der University of Chicago für die Forschungsgemeinschaft betrieben wird. Globus-Dienste werden im aktualisierten ESGF für die Authentifizierung und für die Datenindizierung, den Zugriff und die Replikation verwendet.
„Die von den heutigen Klimamodellen generierten Terabytes und Petabytes erfordern neue Ansätze für die Datenverwaltung und -analyse“, sagte Ian Foster, ANL-Leiter des Projekts. „Wir werden nicht nur einen schnelleren Download von Teildatensätzen ermöglichen, sondern auch bisher nicht durchführbare Datenanalysen auf ANL- und ORNL-Supercomputern.“ ALCF ist eine Benutzereinrichtung des DOE Office of Science.
Lawrence Livermore bringt auch eine Fülle von Fachwissen und Fähigkeiten in den Bereichen Hochleistungsrechnen und Rechenzentren, kreative Technologien und Softwarelösungen sowie seine Erfahrung als erster Leiter der ESGF in die ESGF ein.
„Die Upgrades werden es für Benutzer einfacher und schneller machen, auf die Daten zuzugreifen, die uns helfen können, besser zu verstehen, wie das Klima in der Zukunft aussehen wird“, sagte Sasha Ames, LLNL-Führung für den Verband.
ESGF wird vom Biological and Environmental Research Program innerhalb des DOE Office of Science gesponsert und von der National Aeronautics and Space Administration, der National Oceanic and Atmospheric Administration und der National Science Foundation mit Unterstützung zahlreicher internationaler Labor- und akademischer Partner mitfinanziert.
UT-Battelle verwaltet ORNL für das Office of Science des Energieministeriums, dem größten Einzelförderer der Grundlagenforschung in den physikalischen Wissenschaften in den Vereinigten Staaten. Das Office of Science arbeitet daran, einige der drängendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Weitere Informationen finden Sie unter energy.gov/science. —Stephanie Seay
Mit freundlicher Genehmigung von Oak Ridge Nationallabor. Forschung von Forrest M Hoffmann.
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