Rámec modelování systému Země - Earth System Modeling Framework

The Rámec modelování systému Země (ESMF) je open-source software pro stavbu klima, numerická předpověď počasí, asimilace dat, a další Věda o Zemi softwarové aplikace. Tyto aplikace jsou výpočetně náročné a obvykle běží superpočítače. ESMF je považován za technickou vrstvu integrovanou do sofistikované společná modelovací infrastruktura pro interoperabilita. Mezi další aspekty interoperability a sdílené infrastruktury patří: společné experimentální protokoly, společné analytické metody, společné standardy dokumentace pro data a provenience dat, sdílený pracovní tok a sdílené komponenty modelu.[1]

Projekt ESMF se vyznačuje silným důrazem na správa komunity a distribuovaný vývoj a různorodou zákaznickou základnou, která zahrnuje modelové skupiny z univerzit, velkých amerických výzkumných středisek, Národní meteorologická služba, oddělení obrany, a NASA. Vývojový tým ESMF byl zaměřen na NCAR do roku 2009, poté se přestěhovala do NOAA Laboratoř pro výzkum systému Země.

Úpravy rámce modelování systému Země jsou svobodný software propuštěn pod Licence Open Source na University of Illinois / NCSA.

Účel

ESMF zvyšuje interoperabilitu softwaru pro modelování vědy o Zemi vyvinutého na různých místech a propaguje opětovné použití kódu. Cílem je přeměnit distribuované, specializované znalosti a zdroje na spolupracující integrovanou modelovací komunitu, která funguje efektivněji, může účinněji řešit širší škálu problémů a lépe reagovat na společenské potřeby.

Softwarová architektura

ESMF je založen na principech komponentové softwarové inženýrství. Komponenty v softwarové aplikaci ESMF obvykle představují rozsáhlé fyzické domény, jako například atmosféra oceán, kryosféra nebo povrch země. Některé modely také představují specifické procesy (např. Oceánská biogeochemie, dopad solární radiace na atmosféře) jako složky. V ESMF mohou komponenty vytvářet a řídit další komponenty, takže komponenta oceánské biogeochemie může být součástí větší komponenty oceánu.

Software, který spojuje fyzické domény, se v komunitě modelování systému Země nazývá vazební člen. Spojky následují vzor mediátora a vezměte výstupy z jedné komponenty a transformujte je na vstupy, které jsou potřebné pro spuštění jiné komponenty. Transformace mohou zahrnovat převody jednotek, interpolaci nebo přemapování mřížky, fúze (tj. Kombinace pozemních a oceánských povrchů a vytvoření zcela pokrytého globálního povrchu) nebo jiné specializované transformace. V ESMF jsou spojky také softwarovými komponentami.

Schopnosti

ESMF představuje uživatelská data ve formě datové objekty jako jsou mřížky, pole a pole. Uživatelská data v komponentě mohou být kopírována nebo odkazována do těchto objektů ESMF. Jakmile jsou uživatelská data součástí datového objektu ESMF, lze pomocí rámcových metod transformovat a podle potřeby přenášet data do dalších komponent v systému. To se obvykle děje v rámci vazební součásti.

Interpolace mřížky a přemapování jsou základní nástroje ESMF. Interpolační váhy lze v ESMF generovat pomocí bilineární interpolace, obnova opravy konečných prvků a konzervativní metody přemapování.

ESMF se může přidružit metadata s datovými objekty. Metadata ve formě dvojic název a hodnota jsou seskupena do balíčků, do kterých lze zapisovat XML a další standardní formáty. Balíčky metadat ESMF jsou založeny na konvencích komunity, včetně Konvence o klimatických a předpovědních metadatech a METAFOR Společný informační model.

Dějiny

Spolupráce ESMF měla kořeny v EU Společná modelovací infrastruktura Pracovní skupina (CMIWG), nefinancovaná, místní snaha prozkoumat způsoby, jak zlepšit vývoj modelu spolupráce systému Země. CMIWG přilákala širokou účast hlavních skupin modelování počasí a klimatu ve výzkumných a operačních centrech. Na sérii schůzek konaných od roku 1998 do roku 2000 členové CMIWG stanovili obecné požadavky a předběžný návrh společného podniku softwarový rámec.

V září 2000 vydala NASA Earth Science Technology Office (ESTO) výzvu, která požadovala vytvoření ESMF. Kritické množství účastníků CMIWG souhlasilo s vytvořením koordinované reakce na základě jejich návrhu rámce strawman a předložilo tři související návrhy. První se zaměřil na vývoj základního softwaru ESMF, druhý na nasazení aplikací modelování vědy o Zemi a třetí na nasazení aplikací pro asimilaci dat ESMF. Všechny tři návrhy byly během tříletého období financovány na kolektivní úrovni 9,8 milionu USD. Vzhledem k tomu, že projekt ESMF nabral na obrátkách, nahradil CMIWG jako kontaktní místo pro rozvoj infrastruktury komunitního modelování.

Během období financování NASA tým ESMF vyvinul prototyp rámce a použil jej v řadě experimentů, které prokázaly propojení modelových komponent z různých institucí. ESMF byl také použit jako základ pro konstrukci nového modelu, Goddardův systém pozorování Země (GEOS) atmosférický obecný oběhový model v Goddard z NASA.

Jak se blížil konec prvního cyklu financování pro ESMF, jeho spolupracovníci napsali plán projektu, který popisoval, jak by mohl ESMF přejít na organizaci se sponzorstvím více agentur pro další cyklus financování. Hlavní nové pětileté granty pocházely od NASA prostřednictvím programu Modeling Analysis and Predikce (MAP) pro klimatická změna a variabilita az oddělení obrany Battlespace Institut prostředí. The Národní vědecká nadace (NSF) pokračovalo ve financování části vývojového týmu prostřednictvím NCAR základní fondy. Mnoho menších projektů adopce aplikací založených na ESMF bylo financováno v doménách stejně rozmanitých vesmírné počasí a usazenina doprava.

Na konci prvního cyklu financování také spolupracovníci ESMF napsali bílou knihu o budoucích směrech ESMF. Tento dokument vytvořil základ pro návrh NSF kombinovat ESMF (a další softwarové rámce) s datovými službami za účelem vytvoření výpočetního prostředí, které podporuje end-to-end modelování Pracovní postup.

V roce 2008 byl jmenován vedoucí projektu pro Národní jednotná operační predikční schopnost (NUOPC), společný projekt pro předpověď počasí na Námořnictvo Spojených států, Národní meteorologická služba a United States Air Force.[2]

Viz také

Reference

  1. ^ NOAA / CPO MAPP (31. března 2014). „Vědecký základ pro společnou infrastrukturu“ (PDF). p. 15.
  2. ^ Steven Payne (17. prosince 2008). „Národní jednotná operační predikční schopnost“. Stavové snímky pro ESMF. Archivovány od originál (Powerpoint) 26. července 2011. Citováno 16. listopadu 2016.

Další čtení

externí odkazy