Das Wetter wird nicht besser, aber es soll besser vorausgesagt werden

Die Schweizer lieben das Wetter. Keine tägliche Sendung bei SRF hat mehr Zuschauer als Meteo. Es gibt also Leute, die extra erst nach der Tagesschau einschalten, um sich über das Wetter zu informieren. Damit sie das künftig noch besser tun können, setzt MeteoSchweiz auf ein numerisches Wettervorhersagemodell und nutzt dafür eine - laut Nvidia - Weltneuheit: einen Supercomputer, der eine GPU-beschleunigte Wettervorhersage bietet. 

Dieser steht im Nationalen Hochleistungsrechenzentrum der Schweiz (CSC) in Lugano und soll schneller und energieeffizienter doppelt so hoch auflösende Wettermodelle als zuvor berechnen können. Der «Cray-CS-Storm-Supercomputer» braucht zwei Rechenschränke am CSC, wovon jeder zwölf hybride Rechnerknoten mit insgesamt 96 Nvidia-Tesla-K80-GPUs und 24 Intel-Haswell-CPUs enthält.

Eine Tesla K80 enthält zwei Kepler-GPUs (GK210) mit jeweils 2496 Rechenkernen und 24 GB Speicher, berichtet Heise.de. Letzterer erreicht eine Transferrate von 480 GB/s. Die hohe Bandbreite soll gemäss Nvidia wichtig sein, da das Wetterprogramm Cosmo von der Bandbreite limitiert werde. Überdies ist die Leistungsaufnahme des neuen Systems laut Nvidia sogar geringer, genaue Zahlen hat Heise.de nicht in Erfahrung gebracht.

«Mit einem 8:2-Verhältnis von GPUs zu CPUs bietet das Cray-CS-Storm-System MeteoSchweiz ein leistungsstarkes Instrument, um akkurate und präzise hochauflösende Wetterprognosen zu berechnen», sagt Barry Bolding, Senior Vice-President und Chief Strategy Officer bei Cray.

Das System soll 40-mal leistungsfähiger sein als das bisherige seit 2012 betriebene System. Dieses besteht aus 1728 Prozessorkernen. Cray wird das Wetter der Schweiz während einer Übergangszeit parallel zum alten Rechner simulieren und diesen voraussichtlich im Frühling/Sommer 2016 ablösen.

Um eine Wettersimulation zu machen, überspannen Supercomputer die zu simulierenden Regionen mit einem Gitternetz. Je grösser der Gitterabstand ist, desto ungenauer wird die Vorhersage. Der bisherige Gitterabstand bei MeteoSchweiz beträgt 2,2 km. Es gelingt damit beispielsweise nicht, die Bildung von Gewitterwolken genau abzubilden. Für detailliertere Prognosen wird in Zukunft alle drei Stunden eine Wettersimulation mit einer Maschenweite von 1,1 Kilometern auf dem neuen System gerechnet werden.

«Mit dieser Maschenweite wird es möglich, das Gewitterrisiko oder Talwindsysteme in den Schweizer Bergen detaillierter vorherzusagen, ein weiterer Schritt, um die Nützlichkeit der Vorhersagen zu steigern», so Peter Binder, Direktor von MeteoSchweiz. Ergänzend zu diesen Simulationen rechnet MeteoSchweiz auch zweimal am Tag 21 Prognosen mit leicht unterschiedlichen Ausgangsbedingungen und einer Maschenweite von jeweils 2,2 Kilometern. Der Vergleich der 21 Simulationen soll helfen, sowohl die wahrscheinlichste als auch alle möglichen Entwicklungen des Wetters für die kommenden fünf Tage abzuschätzen und somit extreme Wetterereignisse differenzierter vorherzusagen.

Für die numerische Wettervorhersage werden heute Modelle eingesetzt, welche die Entwicklung der Atmosphäre in numerischen Formeln abbilden. MeteoSchweiz setzt das Cosmo-Modell ein, das in Kooperation mit dem internationalen Cosmo-Konsortium (Consortium for Small-scale Modeling) entwickelt wurde. Die Codes der Software wurden für die Umstellung auf ein GPU-basiertes Rechnersystem in den vergangenen fünf Jahren erweitert.