Das Klima-Superhirn ist ein Hamburger

Wettervorhersagen haben ihre Grenzen. Denn das Klima ist eines der komplexesten Systeme überhaupt, da es von so vielen Faktoren beeinflusst wird. Sein Zustand ist immer von Anfangs­bedingungen abhängig. Sobald sich diese aber minimal verändern, kann es langfristig zu einer völlig anderen Wetterentwicklung kommen.

Dieses Phänomen wurde von Edward N. Lorenz als »Schmetterlings­effekt« bezeichnet. Es geht um die Unvorher­seh­barkeit der langfristigen Auswirkungen.

Um zu präziseren Vorhersagen zu gelangen, wurden Computer entwickelt, die sogenannte Ensemble­rechnungen durchführen. Das heißt, dass ein Klimamodell mehrere Male mit jeweils leicht variierten Anfangs­bedingungen gerechnet wird, um so herauszufinden, welche Klima­entwicklungen am wahrscheinlichsten sind.

Ein solcher Supercomputer befindet sich im DKRZ in Hamburg. »Levante« ist das vierte Hoch­leistungs­rechner­system für die Erd­system­forschung (HLRE-4) und wird mit 45 Millionen Euro von der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft und der Freien und Hansestadt Hamburg finanziert.

Auf der ganzen Welt gibt es nur sehr wenige andere Rechen­zentren, die wie das DKRZ auf die Klima­forschung spezialisiert sind. In Deutschland ist Levante, der von Atos gebaut wurde, der viertschnellste Computer überhaupt und der Einzige, der allein für die Klima­forschung genutzt wird. Fortan ermöglicht er neue Perspektiven für die computergestützte Klimawissenschaft.

Woraus besteht Levante?
Levante besteht aus 2.832 eng vernetzten Computern mit je zwei Prozessoren, die zusammen eine Spitzen­rechenleistung von 14 PetaFLOPS liefern. Das sind 14 Billiarden mathematische Operationen pro Sekunde und entspricht einer Rechenpower von ungefähr 30.000 bis 50.000 Bürocomputern.

Um die Rechenergebnisse ordentlich abspeichern zu können, ist Levante mit einem 130 Petabyte Speicher­system ausgestattet. Das entspricht mindestens 28 Millionen vollgeschriebenen DVDs oder 260.000 großen Notebook Festplatten mit jeweils 500 Gigabyte.

Levante benötigt unter Volllast etwas mehr als 2 Megawatt Strom. Im Vergleich zu anderen großen Rechenzentren, die älter sind, ist das allerdings kein besonders hoher Verbrauch. Durch eine fortschrittliche Warm­wasser­kühlung und gleichzeitige Abwärme­nutzung im Nachbar­gebäude der Uni Hamburg ist das DKRZ sogar energieeffizient.

Ein Kreuzfahrtschiff dagegen, das im Hamburger Hafen am Landstrom angeschlossen ist, benötigt im selben Zeitraum mehr als die doppelte elektrische Leistung.

Durch den Zuwachs an Rechenleistung im Vergleich zu dem Vorgänger Mistral (HLRE-3) ermöglicht Levante noch präzisere Einblicke in das Klimasystem. Forscher können Simulationen nun mit bis zu einem Quadrat­kilometer aufgelösten globalen Klima- und Erd­systemmodellen durchführen. Solche Modelle erlauben erstmals eine rein physikalische Darstellung wichtiger kleinräumiger Klimaprozesse.

Um die expliziten Darstellungen zu erreichen, werden die Atmosphäre, die Ozeane und andere Teile des Erdsystems in dreidimensionale Untersuchungs­gebiete, sogenannte Gitterboxen eingeteilt. Je kleiner die Maschen sind, desto genauer lässt sich die Entwicklung des Klimas simulieren und desto mehr Details lassen sich untersuchen. Das Ziel ist, mögliche Klima­veränderungen zukünftig präziser zu prognostizieren.

Klimaforschung ist Grundlagenforschung. Sie hat das Ziel, das Verständnis und Wissen um die komplexen Abläufe und Wechsel­wirkungen von Atmosphäre, Ozeanen, Kryosphäre und Biosphäre zu verbessern. Levante hilft uns also dabei, das Klima besser zu verstehen und die Folgen des Klimawandels zu erforschen.

Dabei konzentriert sich der Supercomputer besonders auf die Simulationen des Temperatur­anstiegs und die Ent­wick­lung der Niederschlags­menge. Durch die recht­zeitigen Vorhersagen über den Klimawandel können sich zum Beispiel die Land­wirtschaft und Fischerei an die Folgen anpassen, die durch den Klimawandel nicht mehr vermieden werden können.

Damit wir nicht im Blindflug in den Klimawandel rasen, wird Levante in den kommenden sechs Jahren das DKRZ in der Klima­forschung unterstützen. Seine errechneten Daten und Erkenntnisse werden helfen, bevorstehende Klima­veränderungen frühzeitig vorherzusehen, um sich auf ihre Folgen vorzubereiten.

Außerdem werden sie Deutschland in der global­politischen Diskussion unterstützen, andere Länder davon zu überzeugen, dass die Welt ein ernstes Problem hat und dieses nur global gelöst werden kann. Levante lässt uns die Veränderungen der Welt besser verstehen.