Структура моделирования системы Земли
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Октябрь 2016 г. ) |
Структура моделирования системы Земли ( ESMF ) — это программное обеспечение с открытым исходным кодом для построения климата , численного прогнозирования погоды , ассимиляции данных и других для наук о Земле программных приложений . Эти приложения требуют больших вычислительных ресурсов и обычно выполняются на суперкомпьютерах . ESMF считается техническим уровнем, интегрированным в сложную общую инфраструктуру моделирования для обеспечения совместимости . Другие аспекты совместимости и общей инфраструктуры включают: общие экспериментальные протоколы, общие аналитические методы, общие стандарты документации для данных и их происхождения, общий рабочий процесс и общие компоненты модели. [1]
Проект ESMF отличается сильным акцентом на общественное управление и распределенное развитие , а также разнообразной клиентской базой, в которую входят группы моделирования из университетов, крупных исследовательских центров США, Национальной метеорологической службы , Министерства обороны и НАСА . Команда разработчиков ESMF была сосредоточена в NCAR до 2009 года, после чего переехала в NOAA Лаборатории исследования системы Земли .
Editing Earth System Modeling Framework — это бесплатное программное обеспечение , выпущенное под лицензией с открытым исходным кодом Университета Иллинойса/NCSA .
Цель [ править ]
ESMF повышает совместимость программного обеспечения для моделирования наук о Земле, разработанного на разных площадках, и способствует повторному использованию 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 спектр проблем и лучше реагировать на потребности общества.
Архитектура программного обеспечения [ править ]
ESMF основан на принципах компонентной разработки программного обеспечения . Компоненты программного приложения ESMF обычно представляют собой крупномасштабные физические области, такие как атмосфера , океан, криосфера или поверхность суши. Некоторые модели также представляют в качестве компонентов конкретные процессы (например, биогеохимию океана, воздействие солнечной радиации на атмосферу). В ESMF компоненты могут создавать и управлять другими компонентами, так что компонент биогеохимии океана может стать частью более крупного компонента океана.
Программное обеспечение, соединяющее физические домены, в сообществе моделирования систем Земли называется соединителем. Соединители следуют шаблону посредника и принимают выходные данные одного компонента и преобразуют их во входные данные, необходимые для запуска другого компонента. Преобразования могут включать в себя преобразование единиц измерения, интерполяцию или перекартографирование сетки, слияния (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 [ править ]
ESMF представляет пользовательские данные в форме объектов данных , таких как сетки, поля и массивы. Пользовательские данные внутри компонента можно копировать или ссылаться на эти объекты ESMF. Когда пользовательские данные становятся частью объекта данных ESMF, методы платформы можно использовать для преобразования и передачи данных по мере необходимости в другие компоненты системы. Обычно это происходит внутри компонента соединителя.
Интерполяция и переназначение сетки являются основными утилитами ESMF. Веса интерполяции могут быть сгенерированы в ESMF с использованием билинейной интерполяции , восстановления фрагментов методом конечных элементов и консервативных методов переназначения.
ESMF может связывать метаданные с объектами данных. Метаданные в виде пар имени и значения группируются в пакеты, которые можно записать в XML и других стандартных форматах. Пакеты метаданных ESMF основаны на конвенциях сообщества, включая конвенции о климатических и прогнозных метаданных и общую информационную модель METAFOR .
История [ править ]
Сотрудничество ESMF берет свое начало в Рабочей группе по общей инфраструктуре моделирования (CMIWG), нефинансируемой низовой инициативе по изучению путей улучшения совместной разработки моделей системы Земли. CMIWG привлекла широкое участие крупных групп по моделированию погоды и климата в исследовательских и оперативных центрах. В серии встреч, проведенных с 1998 по 2000 год, члены CMIWG установили общие требования и предварительный проект общей программной среды .
В сентябре 2000 года Управление технологий наук о Земле НАСА (ESTO) опубликовало предложение о создании ESMF. Критическая масса участников CMIWG согласилась разработать скоординированные ответные меры, основанные на их схеме «пустышки», и представила три связанных предложения. Первый был сосредоточен на разработке основного программного обеспечения ESMF, второй – на развертывании приложений моделирования наук о Земле, а третий – на развертывании приложений ассимиляции данных ESMF. Все три предложения были профинансированы на совокупном уровне 9,8 миллиона долларов в течение трехлетнего периода. По мере того, как проект ESMF набирал обороты, он заменил CMIWG в качестве координатора по развитию инфраструктуры моделирования сообщества.
За период финансирования НАСА команда ESMF разработала прототип структуры и использовала его в ряде экспериментов, продемонстрировавших объединение компонентов моделирования из разных учреждений. ESMF также использовался в качестве основы для построения новой модели — атмосферы Goddard Earth Observing System (GEOS) модели общей циркуляции в NASA Goddard .
Когда приближался конец первого цикла финансирования ESMF, его сотрудники написали план проекта, в котором описывалось, как ESMF может перейти к организации с межведомственной спонсорской поддержкой для следующего цикла финансирования. Крупные новые пятилетние гранты поступили от НАСА в рамках программы моделирования, анализа и прогнозирования (MAP) изменения и изменчивости климата , а также от Министерства обороны Института окружающей среды боевого пространства . Национальный научный фонд (NSF) продолжал финансировать часть команды разработчиков за счет NCAR основных средств . Многие небольшие проекты по внедрению приложений на основе ESMF финансировались в таких разнообразных областях, как космическая погода и перенос отложений .
Также в конце первого цикла финансирования сотрудники ESMF написали официальный документ о будущих направлениях работы ESMF. Этот документ лег в основу предложения NSF объединить ESMF (и другие программные платформы) со службами данных для создания вычислительной среды, поддерживающей сквозной рабочий процесс моделирования .
В 2008 году был назначен руководитель проекта National Unified Operational Prediction Capability (NUOPC), совместного проекта по прогнозированию погоды ВМС США , Национальной метеорологической службы и ВВС США . [2]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ NOAA/CPO MAPP (31 марта 2014 г.). «Научные основы общей инфраструктуры» (PDF) . п. 15.
- ^ Стивен Пейн (17 декабря 2008 г.). «Национальная унифицированная возможность оперативного прогнозирования» . Слайды состояния ESMF . Архивировано из оригинала (Powerpoint) 26 июля 2011 года . Проверено 16 ноября 2016 г.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Н. Коллинз; Г. Тойрих; К. ДеЛука; М. Суарес; А. Траянов; В. Баладжи; П. Ли; В. Ян; Холод; А. да Силва (2005). «Проектирование и внедрение компонентов в структуру моделирования системы Земли» . Международный журнал приложений для высокопроизводительных вычислений . 19 (3): 341. дои : 10.1177/1094342005056120 . S2CID 41367442 .
- Хилл, К.; Делука, К.; Баладжи; Суарес, М.; Да Силва, А. (2004). «Архитектура системы моделирования земной системы». Вычисления в науке и технике . 6 (1): 18–28. Бибкод : 2004CSE.....6a..18H . дои : 10.1109/MCISE.2004.1255817 . S2CID 9311752 .
- Данлэп, Рокки; Марк, Лео; Ругабер, Спенсер; Баладжи, В.; Частанг, Жюльен; Чинквини, Лука; Делука, Сесилия; Миддлтон, Дон; Мерфи, Сильвия (2008). «Куратор системы Земли: инфраструктура метаданных для моделирования климата» . Информатика наук о Земле . 1 (3–4): 131–149. дои : 10.1007/s12145-008-0016-1 .