Modellrechnungen zu den Gezeiten früherer Ozeane und zur Geschichte des Erde-Mond-Systems
Final Report Abstract
Im vorliegenden Projekt war geplant, den Drehimpulsaustausch zwischen Erde und Mond für die Zeit 620 Ma (Millionen Jahre) zurück bis heute mit Hilfe eines Modells der ozeanischen Gezeiten zu simulieren und mit geologischen Daten zu vergleichen. Der Zuschnitt des vorhandenen MPI- Zirkulationsmodells auf diese spezielle Anwendung erwies sich dann allerdings als vielschichtige Pionierarbeit, die einen zügigen Arbeitsfortschritt immer wieder behindert hat. So konnten wertvolle Teilergebnisse, aber keine geschlossene Behandlung des gestellten Problems erreicht werden. Die räumliche und zeitliche Ausprägung der ozeanischen Gezeiten einzelner gegenwärtiger Beiträge zur gezeitenerzeugenden Kraft ist simuliert worden. Für die heutige Topographie konnten für den Rahmen des Projektes die Gezeiten qualitativ und quantitativ mit Beobachtungsdaten bestätigt werden. Der Drehimpulsaustausch zwischen Erde und Mond durch die Gezeiten konnte als die Mondbahn beschleunigend, so dass sich der Mond von der Erde entfernt, und als die Erdrotation bremsend, so dass sich die Tageslänge verlängert, übereinstimmend mit Beobachtungsdaten ermittelt werden. Im Vergleich zur heutigen Topographie haben sich für eine Topographie für ~620 Ma zurück mit einem 1-Tiefen Ozean global und regional deutlich niedrigere Auslenkungen der ozeanischen Gezeiten ergeben. Die Landmassen für ~620 Ma zurück fügen sich im Gegensatz zur Jetztzeit zu einem Ein- Kontinent auf der Südhalbkugel zusammen. Ozeanregionen mit einem auf die Erdrotation bremsend wirkenden Drehimpulsaustausch wechseln sich mit beschleunigend wirkenden Regionen ab. Bereits für die heutige Topographie ergeben sich beschleunigend wirkende Zonen, jedoch überwiegen die bremsend wirkenden Zonen. Erstmalig zeigen sich mit der Topographie für ~620 Ma zurück ausgeprägte Zonen mit einem auf die Erdrotation beschleunigend wirkenden Drehimpulsaustausch, die sich insgesamt auf beschleunigend wirkend aufsummieren. Hier sind weitere Untersuchungen vielversprechend. Für das Projekt wurde sich zudem mit der Effizienz und Performance paralleler und ressourcenintensiver Hochleistungssoftware und der Verwaltung und Bearbeitung großvolumiger Datenmengen auseinandergesetzt. Zur Leistungssteigerung von datenintensiven Anwendungen wie Erdsystemsimulationen kommen u. a. traditionelle Beschleunigerkarten zur Anwendung. Häufig erfordern sie größere Codeanpassungen, was bei existierenden, großen Anwendungen zu einem nicht vertretbaren Aufwand führt. Zukünftige Beschleuniger mit einer Architektur, die der von traditionellen CPU-Systemen ähneln, sollten allerdings weiter beobachtet werden, da damit viele Nachteile der Vorgängergenerationen behoben werden. Untersuchungen bezüglich einer parallelen Anwendungs-E/A haben gezeigt, dass das E/A- Zugriffsmuster und weitere Einstellungen genauestens auf die verwendete Infrastruktur abgestimmt werden müssen, um eine optimale Leistung erzielen zu können. Hierfür ist eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern aus der jeweiligen Domäne und Informatikern erforderlich. Mit den aktuellen Infrastrukturen kann häufig nicht die theoretisch mögliche Leistung erreicht werden. Untersuchungen z. B. mit alternativen E/A-Bibliotheken zeigen hier ein hohes Potenzial für Verbesserung bei künftigen Speicherarchitekturen.
Publications
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Simulation of the Tides of Ancient Oceans and the Evolution of the Earth-Moon System. Journées 2011, Vienna, Austria, 19 – 21 September 2011
P. Nerge, T. Ludwig, M. Thomas, J. Jungclaus, J. Sündermann, P. Brosche
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Scientific Computing: Performance and Efficiency in Climate Models. In Proceedings of the Work in Progress Session, 20th Euromicro International Conference on Parallel, Distributed and Network-Based Processing, SEA-Publications (31), (Editors.: E. Grosspietsch, K. Klöckner), Institute for Systems Engineering and Automation (Johannes Kepler University Linz), PDP 2012, Munich Network Management Team, Garching, Germany, ISBN: 978-3-902457-31-8, 2012
S. Schröder, M. Kuhn, N. Hübbe, J. Kunkel, T. Minartz, P. Nerge, F. Wasserfall, T. Ludwig
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Simulation of the Tides of Ancient Oceans and the Evolution of the Earth-Moon System. European Geosciences Union General Assembly, Vienna, Austria, 22 – 27 April 2012
P. Nerge, T. Ludwig, M. Thomas, J. Jungclaus, J. Sündermann, P. Brosche
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Simulation of the Tides of Ancient Oceans and the Evolution of the Earth-Moon System. In Proceedings of the Journées 2011 "Systèmes de référence spatio-temporels", (Eds.: H. Schuh, S. Böhm, T. Nilsson and N. Capitaine), Vienna University of Technology, ISBN 978-2-901057-67-3, 2012
P. Nerge, T. Ludwig, M. Thomas, J. Jungclaus, J. Sündermann, P. Brosche
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A Best Practice Analysis of HDF5 and NetCDF-4 Using Lustre. In High Performance Computing, Lecture Notes in Computer Science (9137), pp. 274–281, (Editors: J. Kunkel, T. Ludwig), Springer International Publishing (Switzerland), ISC 2015, Frankfurt, Germany, ISBN: 978-3-319-20118-4, ISSN: 0302-9743, 2015
C. Bartz, K. Chasapis, M. Kuhn, P. Nerge, T. Ludwig
