Supercomputing und Beobachtungsdaten: Der digitale Atlas im BioökonomieREVIER

Die Strukturwandelinitiative Modellregion BioökonomieREVIER hat sich zur Aufgabe gesetzt, Innovationen aus der Wissenschaftslandschaft für die wirtschaftliche Umsetzung in der Region des Rheinisches Reviers zu nutzen.  Eines von 15 Innovationslaboren, die gerade aufgebaut werden, ist das „Digitales Geosystem Rheinisches Revier“ (DG-RR). Hier entwickeln wir eine Art „Echtzeit-Atlas“ für das Rheinische Revier.  Hierzu werden Daten bestehender und neuer Umweltsensorsysteme, u.a. aus der Wetterbeobachtung und Fernerkundung, mit innovativen Simulationsmodellen auf den Hochleistungsrechnern des Jülich Supercomputing Centre kombiniert und analysiert.

Das heißt bei unserem „Echtzeit-Atlas“ handelt es sich nicht um einen klassischen Atlas: Unser Ziel ist die räumlich und zeitlich hochgenaue, parzellenscharfe, kontinuierliche Beobachtung, Vorhersage und Analyse aller relevanten Zustände und Prozesse vom tiefen Untergrund bis in die Atmosphäre, also im gekoppelten Geoökosystem. Und dies nahezu in Echtzeit. Der „Atlas“ besteht dabei aus Basisdaten und (Geo-)Datenprodukten und Informationen, die auch in Abhängigkeit vom Informationsbedarf der Nutzer generiert werden. Die Basis hierfür ist ein komplexes Geosystem-Simulationsmodell („GM-RR“, Geothermie, Hydrologie, Landoberfläche, Pflanzenmodellierung, Atmosphäre), das u.a. Daten einer umfassenden, fortschrittlichen Sensor-Plattform („SP-RR“) einbinden kann und dann über ein Dateninformationssystem („DAIS-RR“) frei zur Verfügung stellt, für die Allgemeinheit, Wirtschaft, Verwaltungen und andere InnoLabs. Das InnoLab DG-RR trägt also zum Ausbau der digitalen Geodaten-Infrastruktur im Rheinischen Revier bei und kombiniert dabei einige der Kernkompetenzen des Geoverbunds ABC/J, dem geowissenschaftlichen Netzwerk in der Forschungsregion Aachen-Bonn-Cologne/Jülich.

Warum ist dies notwendig?

Zusammenhängende Daten und Informationen zum Ist-Zustand, zu Prozessabläufen und zur zukünftigen Entwicklung des Geo-Ökosystems sind ein grundlegender Baustein für den Strukturwandel im Rheinischen Revier. Sie sind für eine Vielzahl von Bereichen und Sektoren relevant. Zuvorderst sind dies die Land-, Forst- und Wasserwirtschaft, aber auch erneuerbare Energieproduktion, Raumplanung, Ingenieursfragestellungen und insbesondere die Bioökonomie. Das InnoLab DG-RR hilft bei der nachhaltigen, effizienten Nutzung bestehender Geo- und Bioressourcen, z.B. Wasser, Energie, Nährstoffe. Dabei werden Ökosystemdienstleistungen optimal genutzt, die Ökosysteme bleiben in ihren Funktionen erhalten und das Wirtschaften wird widerständiger gegenüber Wetter- und Klimaextremen, z.B. Trockenheit, Hitzewellen oder Starkregenereignisse, auch in Zeiten des Klimawandels.

Hierbei leistet das InnoLab DG-RR auch einen Beitrag zum Strukturwandel im Rheinischen Revier. Wir stehen in Verbindung mit der Land- und Forstwirtschaft, der Wasserwirtschaft und Energieversorgern sowie kleinen und mittleren Unternehmen, den KMUs, als auch mit Ingenieurbüros, die z.B. unsere Infrastruktur als Testumgebung für die Entwicklung neuer, innovativer Umweltsensorsysteme nutzen können.

Messstation zur Erfassung der Flüsse von fühlbarer Wärme, Evapotranspiration und CO2 sowie weiterer meteorologischer und bodenkundlicher Variablen. Quelle: Marius Schmidt

Figur: Ausschnitt, Simulationsergebnis des ParFlow/CLM Modells aus einem Testlauf für eine Vorhersage des terrestrischen Systems in 500m Auflösung für Deutschland und angrenzende Gebiete. Dargestellt ist hier das pflanzenverfügbare Wasser (%nFK), das ist das Wasser, das im Porenraum bei einem Matrixpotentail grösser als der permanente Welkepunkt und kleiner als der Feldkapazität (FK) gespeichert ist. Das pflanzenverfügbare Wasser ist auch als nutzbare Feldkapazität bekannt (nFK) und wird in Prozent ausgedrückt. Ein Anteil von 0% nFK entspricht dabei dem permanenten Welkepunkt und ein Anteil von 100% nFK entspricht der Feldkapazität. Quelle: Dr. Alexandre Belleflamme.