Структура моделирования системы Земля - Earth System Modeling Framework

В Структура моделирования системы Земля (ESMF) является программное обеспечение с открытым исходным кодом для строительства климат, численный прогноз погоды, ассимиляция данных, и другие Науки о Земле программные приложения. Эти приложения требовательны к вычислениям и обычно работают на суперкомпьютеры. ESMF считается техническим уровнем, интегрированным в сложную общая инфраструктура моделирования за совместимость. Другие аспекты функциональной совместимости и общей инфраструктуры включают: общие экспериментальные протоколы, общие аналитические методы, общие стандарты документации для данных и происхождения данных, общий рабочий процесс и общие компоненты модели.[1]

Проект ESMF отличается сильным акцентом на управление сообществом и распределенная разработка, а также разнообразной клиентской базой, которая включает группы моделирования из университетов, крупных исследовательских центров США, Национальная служба погоды, то Министерство обороны, и НАСА. Команда разработчиков ESMF была сосредоточена на НКАР до 2009 года, после чего переехал в NOAA Лаборатория исследования системы Земля.

Редактирование Структуры моделирования системы Земля бесплатно программное обеспечение выпущен под Лицензия открытого исходного кода Университета Иллинойса / NCSA.

Цель

ESMF увеличивает функциональную совместимость программного обеспечения для моделирования наук о Земле, разработанного в разных местах, и способствует продвижению повторное использование кода. Идея состоит в том, чтобы преобразовать распределенные специализированные знания и ресурсы в совместное интегрированное сообщество моделирования, которое работает более эффективно, может более эффективно решать более широкий круг проблем и в большей степени реагирует на потребности общества.

Архитектура программного обеспечения

ESMF основан на принципах компонентная разработка программного обеспечения. Компоненты в программном приложении ESMF обычно представляют собой крупномасштабные физические области, такие как атмосфера, океан, криосфера, или поверхность земли. Некоторые модели также представляют конкретные процессы (например, биогеохимию океана, влияние солнечная радиация на атмосферу) в качестве компонентов. В ESMF компоненты могут создавать и управлять другими компонентами, так что компонент биогеохимии океана может быть частью более крупного компонента океана.

Программное обеспечение, которое соединяет физические домены, в сообществе моделирования земных систем называется соединителем. Муфты следуют образец посредника и взять выходные данные одного компонента и преобразовать их во входные данные, необходимые для запуска другого компонента. Преобразования могут включать в себя преобразование единиц измерения, интерполяцию или повторное отображение сетки, слияние (т. Е. Объединение поверхностей суши и океана для формирования полностью покрытой глобальной поверхности) или другие специализированные преобразования. В ESMF соединители также являются программными компонентами.

Возможности

ESMF представляет данные пользователя в виде объекты данных такие как сетки, поля и массивы. Пользовательские данные в компоненте могут быть скопированы или ссылаться на эти объекты ESMF. Как только пользовательские данные являются частью объекта данных ESMF, можно использовать методы инфраструктуры для преобразования и передачи данных по мере необходимости другим компонентам системы. Обычно это происходит в компоненте соединителя.

Интерполяция сетки и переназначение - основные утилиты ESMF. Веса интерполяции можно сгенерировать в ESMF, используя билинейная интерполяция, восстановление исправлений методом конечных элементов и консервативные методы переназначения.

ESMF может ассоциировать метаданные с объектами данных. Метаданные в виде пар имени и значения сгруппированы в пакеты, которые можно записать в XML и другие стандартные форматы. Пакеты метаданных ESMF основаны на соглашениях сообщества, включая Соглашения о климате и метаданных прогнозов и МЕТАФОР Общая информационная модель.

История

Сотрудничество ESMF берет свое начало в Общая инфраструктура моделирования Рабочая группа (CMIWG), нефинансируемая организация на низовом уровне по изучению способов улучшения совместной разработки моделей системы Земли. CMIWG привлекла широкое участие из основных групп по моделированию погоды и климата в исследовательских и операционных центрах. В ходе серии встреч, проведенных с 1998 по 2000 годы, члены CMIWG определили общие требования и предварительный дизайн для общего программная среда.

В сентябре 2000 года Управление NASA по наукам о Земле (ESTO) опубликовало запрос, в котором содержался призыв к созданию ESMF. Критическая масса участников CMIWG согласилась разработать скоординированный ответ, основанный на их конструкции рамочной основы, и представила три связанных предложения. Первый был посвящен разработке основного программного обеспечения ESMF, второй - развертыванию приложений моделирования наук о Земле, а третий - развертыванию приложений ассимиляции данных ESMF. Все три предложения были профинансированы на совокупном уровне в размере 9,8 миллиона долларов в течение трехлетнего периода. По мере того как проект ESMF набирал обороты, он заменил CMIWG в качестве координационного центра для разработки инфраструктуры моделирования сообщества.

В период финансирования НАСА команда ESMF разработала прототип фреймворка и использовала его в ряде экспериментов, которые продемонстрировали объединение компонентов моделирования из разных институтов. ESMF также был использован в качестве основы для строительства новой модели, Система наблюдения за Землей Годдарда (GEOS) атмосферный модель общей циркуляции в НАСА Годдард.

По мере приближения конца первого цикла финансирования ESMF его сотрудники написали план проекта, в котором описывалось, как ESMF может перейти к организации с межведомственным спонсорством для следующего цикла финансирования. Основные новые пятилетние гранты поступили от НАСА в рамках программы моделирования и анализа и прогнозирования (MAP) для изменение климата и изменчивость, и от Министерство обороны Боевое пространство Институт окружающей среды. В Национальный фонд науки (NSF) продолжил финансирование части команды разработчиков через НКАР основные фонды. Многие более мелкие проекты внедрения приложений на основе ESMF финансировались в самых разных областях: космическая погода и осадок транспорт.

Также в конце первого цикла финансирования сотрудники ESMF написали белую книгу о будущих направлениях деятельности ESMF. Этот документ лег в основу предложения NSF объединить ESMF (и другие программные среды) со службами данных для создания вычислительной среды, поддерживающей сквозное моделирование. рабочий процесс.

В 2008 году был назначен руководитель проекта Единый национальный потенциал оперативного прогнозирования (NUOPC), совместный проект по прогнозированию погоды на ВМС США, то Национальная служба погоды, а ВВС США.[2]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ NOAA / CPO MAPP (31 марта 2014 г.). «Научная основа общей инфраструктуры» (PDF). п. 15.
  2. ^ Стивен Пейн (17 декабря 2008 г.). "Единый национальный потенциал оперативного прогнозирования". Слайды статуса для ESMF. Архивировано из оригинал (Силовая установка) 26 июля 2011 г.. Получено 16 ноября, 2016.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка