Una simulazione del pianeta dal DOE Energy Exascale Earth System Model, uno dei modelli su larga scala incorporati nella Earth System Grid Federation guidata dai laboratori nazionali Oak Ridge, Argonne e Lawrence Livermore del DOE. Credito:LLNL, Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
La Earth System Grid Federation, un'iniziativa multi-agenzia che raccoglie e distribuisce dati per proiezioni di alto livello del clima terrestre, sta preparando una serie di aggiornamenti che renderanno l'utilizzo dei dati più facile e veloce, migliorando al contempo il modo in cui le informazioni vengono curate.
La federazione, guidata dall'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia in collaborazione con i laboratori nazionali Argonne e Lawrence Livermore, è parte integrante di alcune delle proiezioni più importanti, di grande impatto e ampiamente rispettate del clima futuro della Terra:quelle fatte dagli scienziati che lavorano con il Progetti di confronto tra modelli accoppiati per il Programma mondiale di ricerca sul clima.
"I dati dell'ESGF riguardano il futuro della vita sulla Terra", ha affermato Hoffman. "Fornendo agli scienziati un facile accesso all'intera collezione di modelli internazionali, ESGF consente loro di fare la migliore ipotesi sulla traiettoria futura del nostro clima."
Una missione chiave dell'ESGF è supportare le esigenze di dati degli scienziati che preparano le valutazioni climatiche complete del Gruppo intergovernativo delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici, pubblicate ogni sei-sette anni. I dati dell'ESGF sono alla base dei rapporti storici dell'IPCC, come il recente Sixth Assessment Report, AR6, e i risultati dei suoi gruppi di lavoro. I dati informano anche i rapporti speciali dell'IPCC incentrati sulle vulnerabilità climatiche, sugli scenari di adattamento e sulle strategie di mitigazione.
Un altro aspetto importante della missione dell'ESGF è garantire che l'indagine scientifica sia trasparente, collaborativa e riproducibile, dato il suo impatto diretto sulla ricerca climatica mondiale e il potenziale utilizzo nel processo decisionale.
"Tutti i dati del modello del sistema Terra che entrano nei rapporti dell'IPCC e tutte le più importanti simulazioni del clima di tutto il mondo sono archiviati nell'ESGF e resi accessibili dai servizi che forniamo", ha affermato Forrest Hoffman, capo dell'ESGF e il gruppo di scienze della terra computazionali presso l'ORNL. "La federazione mette i dati nelle mani delle decine di migliaia di ricercatori che li analizzano e li confrontano con i dati osservativi per aggiornare costantemente le nostre migliori proiezioni del futuro."
In una nuova iterazione del progetto ESGF, gli scienziati computazionali stanno lavorando per migliorare la scoperta, l'accesso e l'archiviazione dei dati. Il lavoro si baserà sugli strumenti software più recenti, sulle risorse di cloud computing, sui supercomputer più potenti del mondo e sull'Energy Sciences Network del DOE, o ESnet. ESnet attualmente consente velocità di trasferimento di 100 gigabit al secondo tra laboratori nazionali e connessioni ad università e centri di ricerca nazionali e internazionali. Un aggiornamento previsto entro la fine dell'anno aumenterà le velocità di trasferimento di ESnet fino a 400 Gbps.
"Svilupperemo e implementeremo un sistema completamente nuovo, modernizzato e cyber-sicuro per la distribuzione dei dati di output del modello alla comunità scientifica", ha affermato Hoffman.
La federazione opera come una rete di grandi nodi di computer ospitati negli Stati Uniti e in altri 17 paesi, funzionando in tandem come un grande archivio di dati. ORNL, ANL e LLNL stanno lavorando per migliorare l'affidabilità e la scalabilità del sistema, fornendo un processo di replica dei dati senza problemi che garantisca alla comunità scientifica più ampia l'accesso ai dati di tutti i partner ESGF. ORNL e ANL ospiteranno anche un doppio backup degli oltre 10 petabyte (e il conteggio) di dati e modelli cumulativi ESGF, sfruttando i sistemi informatici di livello mondiale ospitati nei laboratori.
Sviluppo di solide interfacce utente e archivi sicuri e affidabili
Il progetto di aggiornamento pluriennale ha già replicato i dati esistenti e fornisce i servizi di archiviazione e computazionali necessari per generare dinamicamente i dati per la comunità di utenti mentre costruisce nuove infrastrutture e servizi. L'ESGF ha creato una tabella di marcia per guidare il suo lavoro di sviluppo.
ORNL apporta una notevole esperienza con i big data center e la modellazione e simulazione su larga scala al suo ruolo di leadership in ESGF. Il laboratorio ospita l'Oak Ridge Leadership Computing Facility, una struttura per utenti del DOE Office of Science il cui sistema di calcolo a esascala Frontier è stato recentemente classificato come il più veloce al mondo, nonché il Climate Change Science Institute, che riunisce esperti di dati, modellisti e sperimentatori per accelerare la comprensione del cambiamento climatico e dei suoi impatti.
"ORNL si trova nella posizione unica di conoscere i big data e anche di conoscere il clima e fungere da host per data center molto grandi e le interfacce che rendono tali informazioni facilmente accessibili dagli scienziati di tutto il mondo", ha affermato Hoffman.
L'Argonne Leadership Computing Facility presta alla federazione le sue capacità uniche, così come il sistema di gestione dei dati di ricerca Globus, gestito per la comunità di ricerca dall'Università di Chicago. I servizi Globus verranno utilizzati nell'ESGF aggiornato per l'autenticazione e per l'indicizzazione, l'accesso e la replica dei dati.
"I terabyte ei petabyte generati dai modelli climatici di oggi richiedono nuovi approcci alla gestione e all'analisi dei dati", ha affermato Ian Foster, responsabile dell'ANL per il progetto. "Consentiremo non solo un download più rapido di sottoinsiemi di dati, ma anche analisi dei dati precedentemente non fattibili sui supercomputer ANL e ORNL". ALCF è una struttura utente del DOE Office of Science.
Lawrence Livermore porta anche una vasta gamma di competenze e capacità di elaborazione ad alte prestazioni e data center, tecnologie creative e soluzioni software a ESGF, oltre alla sua esperienza come leader iniziale di ESGF.
"Gli aggiornamenti renderanno più facile e veloce per gli utenti l'accesso ai dati che possono aiutarci a capire meglio come sarà il clima in futuro", ha affermato Sasha Ames, responsabile LLNL per la federazione. + Esplora ulteriormente
