Chinesische Forscher werden ein virtuelles Labor nutzen, um Klima-, Umwelt-, Ökologie-, Erd- und Weltraumwettersysteme zu simulieren und um natürliche Wetterkatastrophen effektiv vorherzusagen und abzumildern.

Eine Simulationsanlage für das Erdsystem, die EarthLab genannt wird, wurde unlängst in Beijing vorgestellt. Laut dem Anlagenbauer, dem Institut für Atmosphärenphysik der Chinesischen Akademie der Naturwissenschaften, soll die Anlage im Jahr 2022 voll einsatzfähig sein und Universitäten und Forschern auf der ganzen Welt zur Verfügung stehen.

Das Erdsystem sei extrem groß und komplex. Traditionelle Theorien und Beobachtungen reichten bei weitem nicht aus, um die Gesamtanforderungen der wissenschaftlichen Forscher zu erfüllen, sagt Zhang He, ein EarthLab-Forscher am Atmosphärenphysikinstitut. Er fügt hinzu, dass diese Simulationen helfen werden, die Genauigkeit der Klimavorhersage zu verbessern.

Die Erde besteht aus fünf großen Sphären, nämlich der Atmosphäre, der Hydrosphäre, der Kryosphäre und der Lithosphäre sowie der Biosphäre. Der Simulationsprozess simuliert Zhang He zufolge tatsächlich den Prozess der Interaktion der fünf Sphären auf der Erde.

Zhang He nennt als Beispiel die Interaktion zwischen der Atmosphäre und der Kryosphäre. Nachdem die Temperatur der Atmosphäre steige, schmölzen das Eis und der Schnee. Nach dem Schmelzen des Eises werde das Reflexionsvermögen der Erdoberfläche für das Sonnenlicht stark reduziert. Deshalb absorbieren die Erdoberfläche und die Atmosphäre mehr Sonnenlicht, was zu einem weiteren Temperaturanstieg führe, der wiederum ein weiteres Schmelzen des Schnees zur Folge habe.

Menschliche Aktivitäten wirkten äußerst komplex im Zusammenspiel der verschiedenen Erdsphären. „Unsere Produktion und unser Leben können sich tiefgreifend auf die Erdsphären auswirken“, sagte Zhang.

Nachdem die Forscher die Regelmäßigkeiten der Erdsphären verstanden haben, drücken sie sie in mathematischen Gleichungen aus. Danach werden die mathematischen Gleichungen mit Algorithmen des Computerprogramms kombiniert, um ein mathematisch-physikalisches Modell zu bilden. Schließlich wird dieses Modell auf einen Computer übertragen, um die Lösung der Gleichungen zu finden, wodurch die Simulation abgeschlossen wird.

Das EarthLab ist Zhang He zufolge das landesweit erste umfassende virtuelle Labor zur Simulation des Klimasystems, des Umweltsystems, des Ökosystems, des Systems der festen Erde und des Weltraumwettersystems als Ganzes mit einer wissenschaftlichen Hochleistungs-Rechenplattform.

Numerische Simulationsgeräte für die Erdsphären seien in ihren Rechenverfahren äußerst komplex und hätten deshalb hohe Anforderungen hinsichtlich der Computertechnologie und hängen sowohl von Hard- und Software als auch von Algorithmen und Daten ab. Nach Auffassung von Zhang He sind nur Länder mit fortgeschrittener Informationstechnologie in der Lage, entsprechende Entwicklungen in diesem Bereich durchzuführen. Das EarthLab verwende einen selbständig entwickelten Chip, dessen Leistung in einigen Aspekten sogar etwas stärker sei als die des Intel-Chips. Während des Entwicklungsprozesses hätten chinesische Wissenschaftler zudem mehrere neue Algorithmen entwickelt, um die Berechnungseffizienz des EarthLabs zu verbessern und gleichzeitig die Genauigkeit der Berechnung zu optimieren, sagte Zhang He.

Mehrere Länder wie die USA und Japan haben bereits ähnliche Simulationsrechenanlagen gebaut.

Zhang sagte, dass das EarthLab überdies die Erfassung und Einschätzung von Treibhausgasen und der zukünftigen Erwärmung der Erde unterstützen werde, um China dabei zu helfen, die Ziele seiner Kohlenstoffneutralität zu erreichen.