Das LRZ und Lenovo bekämpfen mit Technologie gemeinsam den Klimawandel.

KLIMAWANDEL
Dank einem Supercomputer wird eine katastrophale Flut nicht zur Katastrophe

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Intel® Xeon® Platinum Prozessor
Das Supercomputing Centre des Leibniz Rechenzentrums (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften.

ClimEx hat hochpräzise Simulationen extremer Wetterereignisse weltweit entwickelt. Mit dem ClimEx-Modell können Wissenschaftler den zeitlichen und räumlichen Verlauf von Wetterereignissen mit höherer Geschwindigkeit und Genauigkeit voraussagen.

Im Frühjahr 2019 war die östliche Region Kanadas von einer extremen Flut betroffen. Wo einst Autos fuhren, verliefen nun Flüsse. Tausende wurden evakuiert, nur um in Häuser voller Wasser und Schlamm zurückzukehren. Forscher nannten das Wetterereignis ein „Jahrhunderthochwasser”, was bedeutet, dass eine solche Katastrophe nur mit einer Wahrscheinlichkeit von einem Prozent pro Jahr auftritt. Doch in einer vom Klimawandel gezeichneten Welt könnte diese Statistik bald bedeutungslos werden. Nur zwei Jahre zuvor war dasselbe Gebiet bereits Opfer eines „Jahrhunderthochwassers” gewesen.

Wissenschaftler sagen voraus, dass Flutkatastrophen immer häufiger werden, wenn der Klimawandel weiterhin für steigende Temperaturen sorgt und Wettermuster stört. Die kanadischen Hochwasser von 2017 und 2019 wurden durch rapide Temperaturanstiege und große Schneestürme im Frühjahr verursacht, zwei Faktoren, die vermutlich durch ein wärmer werdendes Klima verschlimmert wurden.

Größere Hochwasser in der letzten Zeit haben Forscher und Politiker gleichermaßen dazu gebracht, ihre Taktiken neu auszurichten: Wenn Hochwasser in einigen Gemeinden die Norm werden – wie lässt sich dann die Verwüstung durch sie abmildern, bevor sie eigentlich stattfinden?

Der erste Schritt ist Planung, und hierfür benötigt man eine ausreichende Vorstellung davon, wann und wo genau diese extremen Überflutungen auftreten werden. Das Projekt „Klimawandel und Hydrologische Extremereignisse” (ClimEx) versucht genau das. Das Projekt hat hochpräzise Modelle entwickelt, die den Verlauf und die Stärke zukünftiger Überflutungen in Quebec und Bayern vorhersagen und simulieren können.

ClimEx ist ein Gemeinschaftsprojekt, das meteorologische Forschung mit Wassermanagementmethoden zusammenbringt. Hierbei arbeiten Supercomputing-Einrichtungen, Universitäten und Behörden in Quebec, Kanada, und in Bayern zusammen, darunter das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ).


LRZ logo

Über 50 Organisationen und Personen sind an ClimEx beteiligt, darunter Universitätsprofessoren, Klimatologen und Vertreter von Behörden. Jede Gruppe trägt etwas dazu bei: die Wissenschaftler stellen die meteorologischen Daten bereit, das Supercomputing Center entwickelt die Modelle und die Behördenvertreter erstellen Pläne zur Umsetzung der Ergebnisse.

Das wirklich Einzigartige an diesem Projekt ist die Methode, mit der auf leistungsstarker Supercomputer-Technologie von Lenovo meteorologische Simulationen erstellt werden, eine Aufgabe, die Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München in enger Zusammenarbeit mit dem LRZ übernommen haben.

Der Begriff „Supercomputing” bezieht sich auf die Verarbeitung unglaublich komplexer und datenreicher Probleme unter Einsatz tausender Systeme im Tandem. Durch die Nutzung der Leistung dieser umfangreichen Supercomputing-Ressourcen war das Forschungsteam von LRZ und LMU dazu in der Lage, meteorologische Projektionen so detailliert und präzise wie nie zuvor zu erstellen.

Das wirklich Einzigartige an diesem Projekt ist die Methode, mit der auf leistungsstarker Supercomputer-Technologie von Lenovo meteorologische Simulationen erstellt werden.

Lenovo Systeme ermöglichen die Klimawandel-Technologie im LRZ.

Zu Beginn stellten die Forscher von ClimEx tausende von historischen meteorologischen Daten für Quebec und Bayern sowie Projektionen möglicher Auswirkungen des Klimawandels auf jeden Standort zusammen. Diese Daten wurden in fortschrittliche Modelliersysteme auf einem der SuperMUC-Systeme eingegeben. Die neueste Installation namens SuperMUC-NG basiert auf einem Cluster flüssigkeitsgekühlter Lenovo ThinkSystem SD650-Server mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren.

Die Simulationen auf den Supercomputern des LRZ sind sehr viel fortschrittlicher als die rudimentären Grafiken, vor denen die Meteorologen im Fernsehen stehen. Die ClimEx-Modelle ermöglichen den Forschern eine schnellere und präzisere Vorhersage des zeitlichen und räumlichen Verlaufs von Wetterereignissen, was vor allem durch die hohe räumliche Auflösung der Simulation und ihre Fähigkeit zur Analyse tausender Datenpunkte gleichzeitig ermöglicht wird.

Ein Cluster flüssigkeitsgekühlter Lenovo ThinkSystem Server ermöglicht die Klimawandel-Technologie.

Nach dem Durchlauf von 50 Simulationen für Bayern und Quebec lagen den Forschern Klimadaten für insgesamt 7.500 Jahre pro Standort vor. Die Ergebnisse waren eindeutig.

Für den Zeitraum von 2080 bis 2099 zeigten die Modelle für einige Teile Europas Temperaturanstiege von bis zu 8 °C im Sommer und für einige Teile Quebecs Temperaturen, die im Winter um mehr als 12 °C sinken. Die Modelle sagen außerdem vorher, dass Quebec und Mitteleuropa im Sommer sehr viel trockener und im Winter nasser werden.

Die Forscher von ClimEx legten ihre Daten auf zwei Symposien 2017 und 2019 Vertretern des Bayerischen Landesamts für Umwelt und des Waterborne Expertise Center von Quebec vor. Anhand dieser Ergebnisse können die Behörden vor Ort nicht nur die Flutrisiken für ihre Region besser einschätzen, sondern auch mit der Entwicklung von Methoden zur Abmilderung der Auswirkungen beginnen, beispielsweise mit dem Bau von Dämmen und der Vermeidung von Bauvorhaben in flutgefährdeten Gebieten.

Wichtig ist, dass die Algorithmen und die Klimawandel-Technologie, die für diese Simulationen entwickelt wurden, auch weit über die von ClimEx erforschten Standorte hinaus zum Einsatz kommen werden. Andere Regionen können das Modelliersystem anpassen, um Klimavorhersagen für ihr eigenes Gebiet zu erzeugen und die Wahrscheinlichkeit einer Reihe verschiedener Wetterereignisse einzuschätzen, wie Hitzewellen und Waldbrände.

In all dem liegt eine faszinierende Ironie. Während Klimamodelle wie jenes, das im Rahmen des ClimEx-Projekts entwickelt wurde, grundlegende Instrumente bei der Vorbereitung auf die Verwüstung durch den Klimawandel sind, erfordert der Betrieb von Supercomputing-Centern immense Mengen an Energie und Kapital. Einige Supercomputing-Center verbrauchen in etwa so viel Energie pro Jahr wie 13.500 Haushalte.


Klimawandel und Technologie: Serverraum im LRZ.

Die Technologien von Lenovo Neptune® haben den Stromverbrauch des LRZ um bis zu 30 Prozent gesenkt und sparen dem Zentrum etwa 1,4 Millionen Euro jährlich.


Das LRZ ergreift revolutionäre Maßnahmen, um seine Energieemissionen zu senken. 2012 ging das Zentrum eine Partnerschaft mit Intel und der x86-Abteilung von IBM ein (die später zur Lenovo Data Center Group wurde), um den ersten wassergekühlten x86-Cluster im Hauptsitz in München zu installieren. Das LRZ hat seither weitere dieser wassergekühlten Systeme installiert, darunter 2018 die ersten Systeme der Marke Lenovo Neptune®. Die Technologien von Lenovo Neptune® haben den Stromverbrauch des LRZ um bis zu 30 Prozent gesenkt und sparen dem Zentrum etwa 1,4 Millionen Euro jährlich, das ist genügend Strom, um 3.650 deutsche Haushalte ein Jahr lang zu versorgen.

Lenovo weiß sehr wohl, dass smarter auch umweltfreundlicher bedeutet. Das Unternehmen hat mehrere Maßnahmen in Bezug auf den CO2-Fußabdruck in allen Geschäftsbereichen ergriffen, von der Fertigung über den Versand bis hin zur Logistik.

Allein im Geschäftsjahr 2017/2018 hat Lenovo den Gesamtenergieverbrauch durch die Einführung energieeffizienter Projekte in allen Betriebsbereichen und die Installation von Lösungen für erneuerbare Energie, wo immer es möglich war, um mehr als 2,5 Prozent gesenkt. Wo eine direkte Reduzierung des Energieverbrauchs aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich ist, erwirbt das Unternehmen Grünstrom-Herkunftsnachweise und Emissionsausgleiche, um seinen Energieverbrauch auszugleichen.

Energieeffizienz spielt bei der Entwicklung neuer Produkte von Lenovo eine entscheidende Rolle. Für seine vielfältigen Bemühungen wurde Lenovo kürzlich als eines der 100 nachhaltigsten Unternehmen weltweit ausgezeichnet. Während der Klimawandel den Planeten weiter erwärmt und die Menschheit dazu zwingt, sich anzupassen, werden zukünftige Innovationen genau das berücksichtigen müssen: die Zukunft.

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