Von der Landwirtschaft über die Wasserkraft bis hin zum Schutz vor Naturgefahren wie Überschwemmungen, Stürme oder Massenbewegungen – präzise Wetterprognosen sind für Wirtschaft und Gesellschaft heute unverzichtbar. Hinter diesen Vorhersagen stehen heute meist hochaufgelöste Wetter- und Klimamodelle, die mittels mathematischer Gleichungen die komplexen Prozesse in Ozean und Atmosphäre beschreiben. Diese traditionellen Modelle benötigen sehr viel Rechenleistung und sind damit enorm energie- und zeitaufwändig. So auch in der Schweiz, wo Meteo Schweiz für seine Wetterprognosen den Supercomputer «Alps» am Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) in Lugano nutzt.
Mit den Daten, die für diese traditionellen Wetter- und Klimamodelle aufbereitet wurden, sind in den letzten Jahren KI-Modelle entstanden, die das Wetter rasch und zuverlässig vorhersagen, ohne dabei zu viel Energie und Rechenleistung zu brauchen. «Der Einsatz von KI-basierten Methoden bei der Wettervorhersage wird weiter zunehmen. In Zukunft könnten diese KI-Modelle die traditionellen Modelle ergänzen und in Regionen zum Einsatz kommen, wo keine Supercomputer zur Verfügung stehen», erklärt Reto Knutti, Professor für Klimaphysik und Leiter des Center for Climate Systems Modeling (C2SM) an der ETH Zürich.
Daten als Grundlage der Klimaforschung
Um KI-gestützte Wettermodelle zuverlässig zu trainieren, braucht es riesige Mengen hochwertiger Klima- und Erdbeobachtungsdaten. Genau hier setzt die ETH Zürich an: In den vergangenen Monaten haben Spezialistinnen und Spezialisten der ETH Zürich und des CSCS öffentlich zugängliche Daten der NASA im Umfang von rund 100 Petabyte kopiert und an das CSCS transferiert – eine Datenmenge, die etwa 20 Millionen Kinofilmen entspricht. Diese Daten umfassen zentrale Informationen über das Erdsystem, etwa zu Treibhausgasen, Wolken, Niederschlägen oder Eisschilden. Zudem sollen in Zukunft auch Daten der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) am CSCS gespeichert werden.
«Von Beginn an war es wichtig, ein Inventar aller Daten zu erstellen, das den sechseinhalb Milliarden Files eine Bedeutung gibt. Darin enthalten sind etwa Informationen zur Mission, zum Zeitpunkt und Ort der Messung, zur Filegrösse oder zum Format», erklärt Rui Brandao, Leiter der Informatikdienste der ETH Zürich, der mit seinem Team die operative Leitung des Transfers innehatte. Die kopierten und an ans CSCS transferierten Daten stellen zudem nicht nur eine Momentaufnahme dar, sondern werden regelmässig und automatisch aktualisiert, sobald die NASA neue Daten ins Netz stellt.