Der virtuelle Planet

Blick in eines der vier roboterbetriebenen Datensilos des Deutschen Klimarechenzentrums: Jedes dieser Silos bietet 6000 Stellplätze für Magnetband-Kassetten, die jeweils bis zu 200 Gigabytes fassen. Bild vergrößern
Blick in eines der vier roboterbetriebenen Datensilos des Deutschen Klimarechenzentrums: Jedes dieser Silos bietet 6000 Stellplätze für Magnetband-Kassetten, die jeweils bis zu 200 Gigabytes fassen.

Mit einem neuen Supercomputer wollen die Forscher am Hamburger Max-Planck-Institut für Meteorolgoie, das „System Erde“ nachbauen. Dieses neue Modell soll sämtliche physikalischen und biogeochemischen Prozesse in der Atmosphäre, im Ozean, in der kontinentalen Biosphäre und in den Eismassen beschreiben, und dabei alle Wechselwirkungen und Austauschprozesse zwischen diesen einzelnen Komponenten berücksichtigen – wie den Austausch von Energie und Wasser, aber auch den von Kohlenstoff, Stickstoff oder Schwefel.

Und letztendlich soll ein Erdsystem-Modell auch die Aktivitäten des Menschen erfassen und Aussagen darüber treffen, wie der Mensch die Umwelt und das Weltklima beeinflusst. Bisher können Forscher solche Fragen nur näherungsweise beantworten. Denn weltweit gibt es keinen einzigen Computer, der so leistungsfähig wäre, dass er das komplexe System Erde realitätsgetreu modellieren könnte. Wissenschaftler mussten sich deshalb in der Vergangenheit stets auf Teilbereiche beschränken. Mit maximal 1,5 Teraflops bietet der neue Supercomputer nun hundert Mal mehr Rechenleistung als der bisherige vom Typ CRAY 90 und gehört damit auf die weltweite Hitliste der Supercomputer.

Sieben Jahre lang mussten die Wissenschaftler darauf warten, dass ihr wichtigstes Arbeitsgerät am Deutschen Klimarechenzentrum zeitgemäß erneuert wurde. Die Anschaffungskosten lagen bei 34 Millionen Euro. Eine Alternative zur Arbeit am Computer gibt es für die Klimaforscher nicht: „Wir können die Erde nicht in ein Reagenzglas stopfen und damit Versuche machen. Deshalb müssen wir per Rechner ein möglichst genaues Abbild der Wirklichkeit schaffen.“

Ähnlich, wie ein Chemiker im Labor testet wie sich beispielsweise die Geschwindigkeit einer Reaktion unter verschiedenen Bedingungen ändert, ermitteln Klimaforscher am Computer, was geschieht, wenn etwa die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre steigt. Die Modelle, die sie dazu verwenden, durchziehen die Erdatmosphäre mit einem dreidimensionalen Gitter. Typische Gitterabstände betragen rund 300 Kilometer in der Horizontalen und einen Kilometer in der Vertikalen. Für jeden der dadurch entstehenden „Räume“ berechnet der Computer ein lokales Klima. Trotz des relativ groben Rasters benötigten die Forscher mit ihrem alten Rechner fast hundert Tage, um das Klima für hundert Jahre zu simulieren. Der neue Supercomputer benötigt deutlich weniger Rechenzeit.

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