Войти
Framework моделирования системы Земли (ESMF ) - это программное обеспечение с открытым исходным кодом для создания климата, численного прогноза погоды, ассимиляции данных и других программных приложений наук о Земле . Эти приложения требуют больших вычислительных ресурсов и обычно работают на суперкомпьютерах. ESMF считается техническим уровнем, интегрированным в сложную общую инфраструктуру моделирования для взаимодействия. Другие аспекты функциональной 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.
Проект ESMF отличается сильным акцентом на управление сообществом и распределенная разработка, а также разнообразная клиентская база, в которую входят группы моделирования из университетов, крупных исследовательских центров США, Национальной службы погоды, Министерство обороны и НАСА. Команда разработчиков ESMF была сосредоточена в NCAR до 2009 года, после чего она перешла в NOAA Лаборатория исследования системы Земли.
Редактирование структуры моделирования системы Земли бесплатно программное обеспечение выпущено по лицензии Университета Иллинойса / NCSA с открытым исходным кодом.
ESMF увеличивает функциональную совместимость программного обеспечения для моделирования наук о Земле, разработанного на разных сайтах, 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 круг проблем и в большей степени реагирует на потребности общества.
ESMF основана на принципах компонентной разработки программного обеспечения. Компоненты в программном приложении ESMF обычно представляют 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 быть частью более крупного компонента океана.
Программное обеспечение, которое соединяет физические домены, в сообществе моделирования земных систем называется соединителем. Соединители следуют шаблону медиатора и принимают выходные данные от одного компонента и преобразуют их во входные данные, необходимые для запуска другого компонента. Преобразования могут включать в себя преобразование единиц измерения, интерполяцию или повторное отображение сетки, слияние (то есть объединение поверхностей суши и океана для формирования полностью покрытой глобальной поверхности) или другие специализированные преобразования. В ESMF соединители также являются программными компонентами.
ESMF представляет данные пользователя в форме объектов данных, таких 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 и переназначение сетки - это основные утилиты ESMF. Веса интерполяции могут быть сгенерированы в ESMF с использованием билинейной интерполяции, восстановления исправлений методом конечных элементов и консервативных методов переназначения.
ESMF может связывать метаданные с объектами данных. Метаданные в форме пар имени и значения группируются в пакеты, которые могут быть записаны в XML и других стандартных форматах. Пакеты метаданных ESMF основаны на соглашениях сообщества, включая Соглашения о климате и метаданных прогнозов и METAFOR Общая информационная модель.
Сотрудничество ESMF берет свое начало в Рабочей группе по общей инфраструктуре моделирования (CMIWG), не финансируемой низовой инициативе по изучению способов улучшения совместной работы на Земле. разработка системной модели. CMIWG привлекла широкое участие из основных групп по моделированию погоды и климата в исследовательских и операционных центрах. В серии встреч, проведенных с 1998 по 2000 год, члены CMIWG определили общие требования и предварительный проект для общей программной среды.
. В сентябре 2000 года Управление технологий наук о Земле НАСА (ESTO) опубликовало запрос, в котором содержался призыв к создание 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 структуры и использовала его в ряде экспериментов, которые продемонстрировали взаимосвязь компонентов моделирования из разных институтов. ESMF также использовался в качестве основы для построения новой модели, Системы наблюдения Земли Годдарда (GEOS), модели общей циркуляции атмосферы в НАСА Годдард.
. Приближался конец первого цикла финансирования ESMF, его сотрудники написали план проекта, в котором описывалось, как ESMF может перейти в организацию с межведомственным спонсорством для следующего цикла финансирования. Основные новые пятилетние гранты поступили от НАСА через программу моделирования и прогнозирования (MAP) для изменения климата и изменчивости, а также от Министерства обороны Battlespace Институт окружающей среды. Национальный научный фонд (NSF) продолжал финансировать часть группы разработчиков за счет основных фондов NCAR. Многие более мелкие проекты внедрения приложений на основе ESMF финансировались в самых разных областях, таких как космическая погода и транспорт отложений.
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 менеджер проекта был назначен для National Unified Operational Prediction Capability (NUOPC), совместного проекта по прогнозированию погоды для ВМС США, Национальной метеорологической службы и ВВС США.
