ETH entwickelt viel genauere Wettermodelle

Starkregen und Hochwasser haben das Wetter in den vergangenen Wochen geprägt. Um solche Ereignisse genauer vorherzusagen und zusammen mit dem Klimawandel besser zu verstehen, entwickelt die ETH Zürich eine neue Generation hochaufgelöster Wetter-​ und Klimamodelle.

Modelle bilden die grundlegenden physikalischen Prozesse ab, um die wahrscheinlichen Entwicklungen zu berechnen. Mit den heutigen Modellen und Computer-​Infrastrukturen stossen die Forschenden jedoch an Grenzen, wie genau ihre Aussagen über die Zusammenhänge von Wetter und Klima sein können.

Auflösung von nur einem Kilometer

Darum hat die ETH Zürich mit Partnern die Forschungsinitiative EXCLAIM lanciert, wie sie am Freitag mitteilte. Die Kooperation hat zum Ziel, die räumliche Auflösung der Modelle deutlich zu erhöhen, um deren Präzision zu steigern und um das Wetter in einer zukünftigen, warmen Welt auf globaler Ebene direkt zu simulieren. Lagen die Beobachtungspunkte auf globalen Wetter- und Klimakarten bisher 50 bis 100 Kilometer auseinander, wird nun eine Auflösung von nur einem Kilometer angestrebt.

«Aufgrund ihrer hohen Auflösung werden die neuen, globalen Modelle wichtige Prozesse wie Stürme und Wettersysteme viel detaillierter abbilden als das bisher der Fall war. Auf diese Weise können wir viel genauer untersuchen, wie sich Klimaveränderungen und Wetterereignisse gegenseitig beeinflussen», sagt Nicolas Gruber, der Leiter von EXCLAIM und Professor für Umweltphysik.

Bündelung verschiedener Fachkompetenzen

Am Projekt sind zahlreiche in- und ausländische Akteure beteiligt: neben dem ETH-​Zentrum für Klimamodellierung (C2SM) etwa auch ETH-​Informatiker, das Schweizerische Nationale Supercomputing Centre (CSCS), das Schweizer Data Science Center (SDSC), das Forschungsinstitut Empa sowie das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz.

Dazu kommen der Deutsche Wetterdienst (DWD) und das Max-​Planck-Institut für Meteorologie (MPI-​M); sie haben das Modellsystem ICON (Icosahedral Nonhydrostatic) entwickelt, das die Basis für EXCLAIM bildet. Mit im Boot ist auch das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW), bei dem die Schweiz Vollmitglied ist.

Superrechner optimieren

Da Wetter-​ und Klimamodelle zu den rechen-​ und datenintensivsten Problemen gehören, spielen Hochleistungsrechner eine tragende Rolle beim Projekt. Um den Raster nach der Vorstellung der ETH um einen Faktor 50 bis 100 zu verdichten, brauche es schnellere und grössere Rechner. Das geschieht gemäss Thomas Schulthess, Direktor des Supercomputing Center, durch eine Verbesserung der parallelen Rechnerarchitekur.