ICON als Open Source-Modell für die Wettervorhersage – und mehr

Die Modellkette „ICON” bildet das Fundament der modernen Wettervorhersage beim Deutschen Wetterdienst. Dabei steht „ICON” als Akronym für „ICOsahedral Nonhydrostatic Model”. Das namensgebende Alleinstellungsmerkmal ist dabei der Aufbau des Gitternetzes. Dieses besteht aus gleichseitigen Dreiecken. Das ist insofern vorteilhaft, als dass ein solches Gitternetz eine Kugel gleichmäßig umspannen kann, ohne an den Polen auf Probleme zu stoßen. Gleichzeitig lassen sich die aufgespannten Dreiecke beliebig weiter unterteilen, um eine gewünschte Modellauflösung zu erhalten. Das ermöglicht es ohne großen Aufwand, weitere Untermodelle auf regionaler oder lokaler Skala zu betreiben, die auf dem globalen Modell aufbauen. Beim Deutschen Wetterdienst sind dies z.B. das ICON-NEST mit 6 km Auflösung auf einem Europaauschnitt und das ICON-D2 für Deutschland und Umgebung mit etwa 2,2 km Auflösung. Das Globalmodell wird dagegen mit 13 km Auflösung gerechnet.

 

Entwickelt wird die ICON-Modellkette aber nicht nur beim Deutschen Wetterdienst. Insgesamt ist ein ganzes Konsortium aus Universitäten, wissenschaftlichen Instituten und nationalen Wetterdiensten aus Deutschland und der Schweiz an der Entwicklung beteiligt. Dies sind neben dem DWD das Schweizer „Center for Climate Systems Modelling” (ETH Zürich und Bundesamt für Klimatologie und Meteorologie MeteoSchweiz), das Deutsche Klimarechenzentrum (DKRZ, Hamburg), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M, Hamburg).

Die ICON-Modellkette wird nicht nur für die Wettervorhersage genutzt. ICON lässt sich auch für zahlreiche weitere Anwendungen konfigurieren, wie zum Beispiel Klimaprojektionen oder Erdsystemsimulationen in sehr hoher Auflösung. Eine Variante – das ICON-ART-Modell – findet auch beim DWD operationelle Verwendung. Mit dessen Hilfe wird die Ausbreitung von Schadstoffen, Spurengasen und Partikeln wie z.B. Mineralstaub, Vulkanasche oder Pollenflug simuliert.

ICON findet aber auch vielfach Anwendung in Forschung und Wissenschaft. Hier kommt der große Vorteil der Open Source-Lizenz zum Tragen. Denn als Wissenschaftler kann man nun zum Beispiel ohne großen Beschaffungsaufwand die notwendige Software beziehen und für seine Zwecke entsprechend konfigurieren und modifizieren. Das gilt aber nicht nur für Wissenschaftler. Auch andere nationale Wetterdienste, die nicht die Möglichkeiten und Ressourcen besitzen, um ein eigenes Vorhersagemodell zu entwickeln und zu betreiben, können von der offenen Verfügbarkeit profitieren. Mit deutlich geringerem Ressourceneinsatz kann z.B. eine an die eigenen Anforderungen angepasste ICON-Modellvariante eingesetzt werden.

Gleichzeitig ermöglicht es der Open Source-Ansatz auch, neue Erkenntnisse und Erfahrungswerte von externen Stellen mit in die zukünftige Weiterentwicklung des Modells einzubeziehen. Das betrifft nicht nur den Wissensschatz der Forschungsgemeinschaft, sondern auch die technischen Aspekte. So können die Hersteller und Entwickler von Großrechnern in entsprechender Zusammenarbeit ihre Hard- und Software mit entsprechenden Modellkomponenten testen und verbessern.

Zusammenfassend ist die Veröffentlichung des ICON-Modells als Open Source-Software ein elementarer Schritt hin zur Verbesserung und Förderung der Zusammenarbeit zwischen Modellentwicklung, der Wissenschaftsgemeinschaft, als auch der Gesellschaft als solcher, die mit besseren Wettervorhersagen, neuen Forschungsergebnissen und der Möglichkeit der quasi weltweiten Nutzung allesamt von diesem Schritt profitieren werden.

M.Sc. Felix Dietzsch
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 05.02.2024
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