Domänenspezifische Sprachen für Ozean-Modellierung und -Simulation

• Antragsteller: Professor Dr. Wilhelm Hasselbring
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425916241

Die physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse im Ozean beeinflussen und tragen wesentlich zum globalen Kohlenstoffkreislauf bei, dessen Verständnis für zukünftige Vorhersagen des Klimas und des Klimawandels entscheidend ist. Folglich ist die biogeochemische Modellierung und Simulation von Ozeanen ein wichtiger Bestandteil der Klimaforschung. Mit OceanDSL zielen wir auf diesen Bereich für Forschungssoftware-Ingenieure, die typischerweise eine Ausbildung in Physik, Meteorologie, Chemie, Biologie und Ozeanographie haben.Die Computational Science ist ein multidisziplinäres Gebiet, das an der Schnittstelle von Mathematik und Statistik, Informatik und weiteren Kerndisziplinen der Wissenschaft liegt. Computational Science beinhaltet die Entwicklung von Modellen und Simulationen, um natürliche Systeme zu verstehen, und Fragen zu beantworten, für die weder rein analytische noch rein experimentelle Forschung möglich ist. Trotz der zunehmenden Bedeutung sogenannter In-Silico-Experimente für den Forschungsprozess werden im Computational Science etablierte Praktiken des Software-Engineerings bisher selten eingesetzt. Mittlerweile erkennt die Community jedoch, dass Software-Engineering von zentraler Bedeutung ist, um deren Softwareproduktivität und Softwarequalität zu steigern. Für Computational Science sind neue domänenspezifische Software-Engineering-Methoden und -Techniken erforderlich.Eine Methode, die das Software-Engineering dem Computational Science anbieten kann, ist die modellgetriebene Softwareentwicklung, ein etablierter Ansatz für die Softwareentwicklung in den Bereichen der Informationssysteme und der eingebetteten Systeme. Wesentlich für die modellgetriebene Softwareentwickung sind domänenspezifische Sprachen (DSLs). Im Computational Science und insbesondere in der Modellierung von Ozeansystemen werden DSLs jedoch bisher selten eingesetzt. Dies ist auf das Fehlen geeigneter DSLs in diesem Bereich der Modellierung von Ozeansystemen zurückzuführen.Das Ziel des OceanDSL-Projekts ist der Aufbau und die Evaluierung einer DSL-Infrastruktur für die biogeochemische Modellierung und Simulation, die Konfiguration von Simulationsläufen und die Installation auf Hochleistungsrechnern. Kern des OceanDSL-Projektes ist die Entwicklung und vergleichende Bewertung dieser DSLs einschließlich ihrer Codegeneratoren (für externe DSLs) und Programmbibliotheken (für interne DSLs).Unser Forschungsansatz kombiniert konstruktive und empirische Forschungsmethoden. Konstruktiv entwerfen wir sowohl interne als auch externe DSLs. Für interne DSLs implementieren wir entsprechende Bibliotheken. Für externe DSLs implementieren wir eine entsprechende Infrastruktur für die Bearbeitung und Codegenerierung. Als empirische Arbeiten planen wir die systematische empirische Bewertung der DSLs und ihrer Infrastruktur gemeinsam mit Ozeanmodellierern. Eine spezifische Forschungsfrage befasst sich mit dem Vergleich von internen mit externen DSLs.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen