지구 시스템 모델링 프레임워크

Earth System Modeling Framework

ESMF(Earth System Modeling Framework)는 건물 기후, 수치적 기상 예측, 데이터 동화 및 기타 지구 과학 소프트웨어 응용을 위한 오픈 소스 소프트웨어다. 이 애플리케이션들은 계산적으로 요구되며 보통 슈퍼컴퓨터에서 실행된다. ESMF는 상호운용성을 위한 정교한 공통 모델링 인프라에 통합된 기술 계층으로 간주된다. 상호운용성과 공유 인프라의 다른 측면으로는 공통 실험 프로토콜, 공통 분석 방법, 데이터 및 데이터 입증에 대한 공통 문서 표준, 공유 워크플로우 및 공유 모델 구성요소가 있다.[1]

ESMF 프로젝트는 지역사회 거버넌스와 분산형 개발에 중점을 두고 있으며, 대학, 미국 주요 연구센터, 국립기상청, 국방부, NASA의 모델링 그룹을 포함하는 다양한 고객 기반에 의해 구별된다. ESMF 개발팀은 2009년까지 NCAR에 집중되었고, 그 후 NOAA 지구 시스템 연구소로 이동했다.

Editing Earth System Modeling Framework는 University of Illinois/NCSA Open Source License에 따라 출시된 무료 소프트웨어다.

목적

ESMF는 서로 다른 현장에서 개발된 지구과학 모델링 소프트웨어의 상호운용성을 높이고 코드 재사용을 촉진한다. 그 아이디어는 분산되고 전문화된 지식과 자원을 보다 효율적으로 운영하고, 더 다양한 문제를 더 효과적으로 해결할 수 있으며, 사회적 요구에 더 잘 반응하는 협업적인 통합 모델링 커뮤니티로 변환하는 것이다.

소프트웨어 아키텍처

ESMF는 컴포넌트 기반 소프트웨어 엔지니어링의 원리에 기초한다. ESMF 소프트웨어 애플리케이션 내의 구성요소는 일반적으로 대기, 해양, 극저층 또는 육상 표면과 같은 대규모 물리적 영역을 나타낸다. 또한 일부 모델은 특정 프로세스(예: 해양 생물 화학, 태양 방사선이 대기에 미치는 영향)를 구성요소로 나타낸다. ESMF에서, 해양 생물화학 요소는 더 큰 해양 구성요소의 일부가 될 수 있도록 다른 구성요소를 생성하고 구동할 수 있다.

물리적 도메인을 연결하는 소프트웨어를 지구 시스템 모델링 커뮤니티에서 커플러라고 부른다. Coupler는 중재자 패턴을 따르고 한 구성 요소에서 출력을 가져와 다른 구성 요소를 실행하는 데 필요한 입력으로 변환한다. 변환에는 단위 변환, 그리드 보간 또는 재매핑, 합병(즉, 완전히 덮인 지구 표면을 형성하기 위해 육지와 해양 표면을 결합) 또는 기타 전문 변환이 포함될 수 있다. ESMF에서 쿠플러는 소프트웨어 부품이기도 하다.

역량

ESMF는 그리드, 필드, 배열과 같은 데이터 객체의 형태로 사용자 데이터를 나타낸다. 구성요소 내의 사용자 데이터는 이러한 ESMF 객체에 복사하거나 참조할 수 있다. 사용자 데이터가 ESMF 데이터 객체의 일부가 되면, 프레임워크 방법을 사용하여 필요에 따라 데이터를 변환하고 시스템의 다른 구성요소로 전송할 수 있다. 이것은 일반적으로 커플러 구성 요소 내에서 발생한다.

그리드 보간과 재매핑은 ESMF의 핵심 효용이다. ESMF에서 이선 보간, 유한 요소 패치 복구 및 보수 재매핑 방법을 사용하여 보간 가중치를 생성할 수 있다.

ESMF는 메타데이터를 데이터 개체와 연결할 수 있다. 메타데이터는 이름과 값 쌍의 형태로 패키지로 그룹화되어 XML과 다른 표준 형식으로 작성할 수 있다. ESMF 메타데이터 패키지는 Climate and Predict Metadata Convention 및 METAFOR Common Information Model을 포함한 커뮤니티 규약을 기반으로 한다.

역사

ESMF 협력은 공동 모델링 인프라 작업 그룹(Common Modeling Infrastructure Working Group, CMIWG)에 뿌리를 두고 있으며, 이 그룹에서는 협력적 지구 시스템 모델 개발을 강화하는 방법을 모색하기 위한 풀뿌리 노력의 일환이다. CMIWG는 연구소와 운영센터의 주요 기상 및 기후 모델링 그룹으로부터 폭넓은 참여를 이끌어냈다. 1998년부터 2000년까지 열린 일련의 회의에서 CMIWG 회원들은 공통 소프트웨어 프레임워크에 대한 일반 요구사항과 예비 설계를 수립하였다.

2000년 9월, NASA 지구 과학 기술 사무소(ESTO)는 ESMF의 창설을 요구하는 간청을 발표했다. CMIWG 참가자들의 비판적인 덩어리는 그들의 초인적인 프레임워크 설계를 바탕으로 한 조정된 대응을 개발하는데 동의했고, 3개의 연계된 제안서를 제출했다. 첫 번째는 핵심 ESMF 소프트웨어 개발에 초점을 맞췄고, 두 번째는 지구과학 모델링 애플리케이션 구축에, 세 번째는 ESMF 데이터 동화 애플리케이션 구축에 초점을 맞췄다. 3개 제안 모두 3년간 980만 달러의 총액으로 자금을 지원받았다. ESMF 프로젝트가 탄력을 받으면서 커뮤니티 모델링 인프라 개발의 구심점으로 CMIWG를 대체했다.

NASA 자금 지원 기간 동안 ESMF 팀은 프레임워크의 프로토타입을 개발하여 여러 기관에서 모델링 구성요소의 결합을 입증하는 여러 실험에 사용했다. 또한 ESMF는 NASA Goddard에서 새로운 모델인 Goddard Earth Warning System(GEOS) 대기 일반 순환 모델을 구축하기 위한 기초로 사용되었다.

ESMF에 대한 첫 번째 자금 지원 주기가 끝나갈 무렵, 협력자들은 ESMF가 다음 자금 지원 주기에 대해 다기관 후원을 받는 조직으로 어떻게 전환할 수 있는지를 설명하는 프로젝트 계획을 작성했다. 주요 신규 5년 보조금은 NASA, 기후 변화와 가변성에 대한 모델링 분석 및 예측(MAP) 프로그램을 통해, 국방부 배틀스페이스 환경 연구소에서 지원되었다. 국립과학재단(NSF)은 NCAR 핵심 펀드를 통해 개발팀의 일부 자금을 지속적으로 지원했다. ESMF 기반의 많은 소규모 애플리케이션 채택 프로젝트는 우주 날씨와 침전물 운송과 같은 다양한 영역에서 자금을 지원받았다.

또한 첫 번째 자금 조달 주기가 끝날 때 ESMF 협력자들은 ESMF의 향후 방향에 대한 백서를 썼다. 본 논문은 ESMF(및 기타 소프트웨어 프레임워크)를 데이터 서비스와 결합하여 엔드투엔드 모델링 워크플로우를 지원하는 컴퓨팅 환경을 조성하자는 NSF의 제안의 근거를 구성했다.

2008년에는 미 해군과 국립기상청, 미 공군의 기상예보를 위한 공동사업인 국가통합운영예측능력(NUOPC)에 프로젝트 매니저가 선임되었다.[2]

참고 항목

참조

  1. ^ NOAA/CPO MAPP (March 31, 2014). "Scientific Basis for Common Infrastructure" (PDF). p. 15.
  2. ^ Steven Payne (December 17, 2008). "National Unified Operational Prediction Capability". Status slides for ESMF. Archived from the original (Powerpoint) on July 26, 2011. Retrieved November 16, 2016.

추가 읽기

외부 링크