Hamburger Klimarechenzentrum arbeitet mit neuem Großrechner
Supercomputer berechnet Klimaveränderung

Forscher versuchen mit komplexen Rechenmodellen den weltweiten Klimaveränderungen auf die Spur zu kommen. Sie nutzen dazu Simulationsprogramme und leistungsfähige Rechner. Neue schnellere Computer ermöglichen es, immer mehr Variabeln bei der Berechnung zu berücksichtigen, wodurch die Vorhersagen immer genauer werden.

HAMBURG. Heute wird Europas schnellster Klimacomputer, der in den vergangenen Monaten am Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) in Hamburg installiert wurde, offiziell eingeweiht. Das von der japanischen High-Tech-Schmiede NEC gefertigte "Höchstleistungsrechnersystem für die Erdsystemforschung" (HLRE) soll präzisere Ausblicke auf die Entwicklung des globalen Klimas liefern.

So könnte künftig "mit dem neuen Rechner die Häufigkeit extremer Regenfälle wie die, die zur Flutkatastrophe an der Elbe geführt haben, genauer vorhergesagt werden", erläutert DKRZ-Forscher Michael Böttinger den Nutzen des neuen Supercomputers für die Klimaforschung.

Der NEC-Zahlenfresser im 15. Stock des Hamburger "Geomatikums" läuft bis zu 100-mal schneller als der 1994 in Betrieb genommene Vorgänger C916 der US-Firma Cray. Er besteht aus telefonzellengroßen Modulen, die zu einem so genannten "parallelen Vektorsupercomputer" zusammengeschaltet sind. 13 dieser Module (so genannte Knotenrechner) sind bereits in Betrieb, Ende September sollen es 16 sein. Bei vollem Ausbau, der im Sommer nächsten Jahres abgeschlossen ist, fressen sich insgesamt 24 Rechnermodule durch den Datenwust der Klimasimulationen.

Gesamttempo: 1 536 Gigaflops

Jedes dieser Computermodule enthält acht Hochleistungsmikroprozessoren, die jeweils acht Milliarden Gleitkomma-Rechenoperationen pro Sekunde (acht Gigaflops) ausführen können. Bei vollem Systemausbau kommen die 24 Module mit ihren insgesamt 192 Prozessoren und 1 500 Gigabyte Arbeitsspeicher auf ein Gesamttempo von 1 536 Gigaflops. Damit zählt der neue Klimarechner zu den schnellsten Supercomputern der Welt - und sichert deutschen Klimaforschern ihre Spitzenstellung.

Der neue superschnelle Großrechner der Hamburger eröffnet der Klimaforschung völlig neue Perspektiven. So kann das Gitternetz, mit dem die Simulationsprogramme die Erdatmosphäre nachbilden, sehr viel engmaschiger geknüpft werden. "Bislang lagen die Gitterpunkte 250 Kilometer auseinander, nun schrumpfen die Abstände auf 100 Kilometer", sagt Böttinger. Damit sei es nun auch möglich, beispielsweise starke Stürme und Wirbel in Meeresströmungen zu simulieren, die auf Grund ihrer geringen räumlichen Ausdehnung gleichsam durch das weitmaschige alte Gitternetz fielen.

"Parallelrechner sind für die Wetter- und Klimaforschung prädestiniert", sagt Walter Ott, Großrechner-Experte beim Deutschen Wetterdienst (DWD) in Offenbach. "Die Gitterpunkte der Modelle lassen sich gut in Gruppen zusammenfassen. Diesen Gruppen - bei uns sind sie geographisch orientiert - wird dann jeweils ein einzelner Prozessor zugeordnet." Auf diese Weise können Parallelrechner Wetter- und Klimasimulationen (die sich stark ähneln) schneller berechnen als herkömmliche serielle Computer, die nur über einen einzigen oder einige wenige sehr schnelle Prozessoren verfügen. Der deutsche Wetterdienst hat im April einen neuen Supercomputer von IBM mit insgesamt 1 280 Prozessoren in Betrieb genommen.

Voraussage von Extremereignissen bleibt unmöglich

Bisherige Klimamodelle konzentrierten sich - mangels Rechenpower - auf physikalische Prozesse, darunter Wind- und Meeresströmungen sowie die von unserem Planeten eingefangene und abgestrahlte Wärme. Mit dem neuen Supercomputer können sich die Klimaforscher nun auch sehr viel stärker chemischen und biologischen Prozessen zuwenden. Dazu zählen der Kohlenstoffkreislauf, die Biochemie der Meere, natürliche und anthropogene Einträge von Spurengasen in die Atmosphäre sowie Veränderungen der Vegetation: "Wald etwa kann viel Feuchtigkeit aufnehmen oder abgeben. Diese Prozesse sollen nun interaktiv mitgerechnet werden", erläutert Böttinger die neuen Perspektiven.

All dies hilft, Prognosen über Klima-Trends wie die bedrohliche globale Erwärmung weitaus verlässlicher zu machen. Die Klimaforschung ist jedoch nicht in der Lage, den exakten Zeitpunkt von zukünftigen Extremereignissen wie Stürmen oder Jahrhundertfluten vorauszusagen. Sie widme sich Vorgängen in kommenden Jahrzehnten.

"Wir berechnen die Wahrscheinlichkeit, mit der Ereignisse in Zukunft auftreten, nicht jedoch, wann genau sie kommen", erläutert Mojib Latif, Klimaforscher am Hamburger Max-Planck für Meteorologie-Institut den Unterschied zur Wetterforschung, deren Modelle etwa einen Sturm auf den Tag oder sogar auf die Stunde genau vorhersagen, dafür aber nur wenige Tage in die Zukunft blicken.

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