NaTNaT--Working Working ProjektProjekt ““KlimawandelKlimawandel und seine und seine FolgenFolgen””

Wissenschaftliche Methoden in der Wissenschaftliche Methoden in der KlimaforschungKlimaforschung

Datenauswertung Datenauswertung –– Visualisierung (1)Visualisierung (1)

Michael BMichael Bööttinger, DKRZttinger, DKRZ

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung2

Methoden zur Untersuchung des Klimasystems

• Messungen• Direkt (Wetter!)• Fernerkundung• Vergangenheit: indirekt

• Experimente• Computersimulationen• Einzelne Prozesse:

Windkanal, Tankexperimente

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung3

Das KlimasystemDas Klimasystem

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung4

ModellModell derder AtmosphAtmosphäärere• Gleichungen, die das Verhalten von Flüssigkeiten

und Gasen beschreiben• Erhaltungssätze (Impuls, Energie, Masse)• Strahlung• Randbedingungen (Erdgeometrie, Bahnparameter,

Land-Meer-Verteilung,…)

• Näherungsweise Lösung auf Rechengitter

• Gleichungen, die das Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen beschreiben

• Erhaltungssätze (Impuls, Energie, Masse)• Strahlung• Randbedingungen (Erdgeometrie, Bahnparameter,

Land-Meer-Verteilung,…)

• Näherungsweise Lösung auf Rechengitter

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung5

ImpulsEnergieWasser

Land-oberfläche

Koppler

Sonne Atmosphäre

Ozean

Konzentrationen(Treibhausgase, SO4)

Quelle: MPI-M

Klimasystem im Modell (Physik)

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung6

Simulation auf Simulation auf HHööchstleistungsrechnerchstleistungsrechner

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung7

DatenDaten von von KlimamodellenKlimamodellen

Klimadaten inDatenbank

und Archiv

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung8

DatenDaten von von KlimamodellenKlimamodellen

• Zahlenwerte• 3-dimensional

• 2-D-Felder (Zuordnung Länge/Breite)• auf verschiedenen Höhen-Schichten

• Verschiedene Größen• z.B. Temperatur, Feuchte, Wind,..

• Zeitabhängig• In regelmäßigen Zeitabständen

• Speicherplatzbedarf pro Größe: • ~ 80 MB / 100 Jahre für Monatswerte• Tagesgang: z.B. 6 stündig -> Faktor 120, also ~ 10 GB!

5.321 4.923 5.002 3.978 4.532 4.876 3.678 2.542

… …

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung9

TypischerTypischer ArbeitsablaufArbeitsablauf in in derder ForschungForschung

• Experimente definieren: “Szenarien”

• Simulation• Daten• Auswertung

• Processing• Statistik• Visualisierung

• Publikation

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung10

ArbeitsablaufArbeitsablauf imim RahmenRahmen dieses dieses ProjektesProjektes

• Daten auswählen• Auswertung

• Processing• Statistik• Visualisierung

• Publikation

01.03.2007Michael Böttinger, DKRZ: Einführung in Datenauswertung11

VisualisierungVisualisierung: : BilderBilder oderoder FilmeFilme

Arbeit mit Arbeit mit wissenschaftlichen Datenwissenschaftlichen Daten

…… wie es Schwie es Schüüler bei uns lernen ler bei uns lernen

Anja LudwigAnja LudwigStudentische Mitarbeiterin beim BoschStudentische Mitarbeiterin beim Bosch--ProjektProjekt

ArbeitsablaufArbeitsablauf

1.1. Allgemeine Fragen werden geklAllgemeine Fragen werden gekläärtrt2.2. Daten auswDaten auswäählenhlen3.3. Datenauswertung Datenauswertung 4.4. Visualisierung der ErgebnisseVisualisierung der Ergebnisse

Arbeit in kleinen GruppenArbeit in kleinen Gruppen

Daten auswDaten auswäählenhlen

1.1. Parameter:Parameter:z.B. Temperatur, Niederschlag, Verdunstung,z.B. Temperatur, Niederschlag, Verdunstung,……

2.2. Gebiet:Gebiet:Welche AuflWelche Auflöösung steht uns zur Verfsung steht uns zur Verfüügung?gung?

3.3. ZeitraumZeitraum4.4. Daten von unterschiedlichen Klimamodellen:Daten von unterschiedlichen Klimamodellen:

ECHAM 5, CLM, REMOECHAM 5, CLM, REMO

Auswahl: Ausgangsfragestellung beachten!Auswahl: Ausgangsfragestellung beachten!

Datenauswertung mit Datenauswertung mit CDOsCDOs‚‚CClimatelimate DDataata OOperatorsperators’’ sind eine Erfassung von Befehlen, sind eine Erfassung von Befehlen, die das Verarbeiten und Analysieren von Klimamodelldie das Verarbeiten und Analysieren von Klimamodell--Daten Daten ermermööglichen. glichen.

BeispielBeispiel--Skript:Skript:

Datenauswertung mit Datenauswertung mit GrADSGrADS

GGridrid AAnalysis and nalysis and DDisplay isplay SSystemystem

Dient zur graphischen Dient zur graphischen Darstellung und Darstellung und mathematischen mathematischen Auswertung der DatenAuswertung der Daten

BeispielBeispiel--Skript:Skript:

Beispiel: GrADSBeispiel: GrADS--GraphikGraphik

Schuelerworkshop_01.03.07__Boettinger.pdfNaT-Working Projekt “Klimawandel und seine Folgen”�Wissenschaftliche Methoden in der Klimaforschung�Datenauswertung – VisualisMethoden zur Untersuchung des KlimasystemsDas KlimasystemModell der AtmosphäreKlimasystem im Modell (Physik)Simulation auf HöchstleistungsrechnerDaten von KlimamodellenDaten von KlimamodellenTypischer Arbeitsablauf in der ForschungArbeitsablauf im Rahmen dieses ProjektesVisualisierung: Bilder oder Filme

Schülerworkshop_01.03.07__Anja.pdfArbeit mit wissenschaftlichen Daten�… wie es Schüler bei uns lernen ArbeitsablaufArbeit in kleinen GruppenDaten auswählenDatenauswertung mit CDOsDatenauswertung mit GrADSBeispiel: GrADS-Graphik