COPI:GLECHA: Code Optimierung für die interferometrische Auswertung von Satellitendaten zur globalen Bestimmung von Gletscherhöhenänderungen

Applicant

Prof. Dr. Matthias Braun
Institut für Geographie
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Project Overview

Weltweit ist durch schwindende Gletscher die Nutz- und Trinkwassergrundlage von Millionen von Menschen bedroht. Der Zustand von Gletschern und Eiskappen außerhalb der polaren Eisschilde
gilt zudem als Gradmesser für globale und regionale Klimaveränderungen. Das zeigt ihre Listung als Essentielle Klimavariablen (ECV) im Rahmen des Global Climate Observing System (GCOS).
Zudem sind Gletscher und Eiskappen geschätzt zu etwa einem Drittel für den globalen Meeresspiegelanstieg verantwortlich.
Das vorliegende Projekt befasst sich mit Änderung von Oberflächenhöhen sowie Volumen- und Massenverlusten der beschriebenen Eiskörper als Schlüsselindikatorgröße ihres Wandels. Thematische Zielsetzung des Projekts ist die Erstellung von hochauflösenden topographischen Informationen auf der vergletscherten Erdoberfläche und deren Analyse. Die digitale Datengrundlage dieses Vorhabens bilden die Fernerkundungsprodukte der deutschen Satellitenmission TerraSAR-X Add-on for Digital Elevation Measurement (TanDEM-X). Satellitendaten werden als Teilabschnitte der abgedeckten Abtastung entlang einer Flugbahn bereitgestellt, sogenannte Szenen. Die Aufgabe global Gletscherhöhenänderungen zu analysieren erfordert die Auswertung von mehreren tausend solcher Szenen pro Zeitschritt (eine globale Abdeckung erfordert mind. 20.000 Szenen), mit etwa 4 GB Rohdatenvolumen pro Szene. Sie stellen die kleinste Einheit der Datensätze dar und variieren im späteren Verlauf an Größe bis auf ein Minimum von etwa 200 MB. Neben einem ersten verfügbaren globalen Zeitschritt aus den Jahren 2011 bis 2014 wird derzeit ein zweiter Aufnahmezeitraum archiviert. Zum Zeitpunkt der Verfügbarkeit streben wir als Projektgruppe an, in kürzester Zeit diese hohe Menge an Rohdaten umzusetzen. Eine daraus resultierende Publikation ist im aktuellen gesellschaftlichen Klimadiskurs von hoher Relevanz und hochrangig zu platzierbar (z.B. Science, Nature, Nature Climate Change). Hinzu kommt die Möglichkeit auch Zeitreihen der Mission für spezifische Regionen (z.B. Auslassgletscher Grönlands oder Teile der Antarktis) rechnen zu können. Die Fortsetzung der TanDEM-X Mission soll im Rahmen einer sogenannten High-Resolution-Wide-Swath Mission erfolgen, so dass eine Optimierung auch für die Prozessierung der Daten dieser zukünftigen nationalen Mission sinnvoll erscheint. Übergeordnetes Projektziel ist unseren bestehenden zweisträngigen Code im höchstmöglichen Maß zu optimieren, zu parallelisieren und zu vereinen. Eine Übertragung auf HPC (Woody, tinyEth) wird so ermöglicht mit gleichzeitiger Einsparung von Rechenzeit als kritischer Ressource.

Somit ergeben sich die folgenden aufgegliederten Projektziele:
• Analyse der Effektivität bestehender Prozess-Parallelisierungsmaßnahmen
• Identifikation von Bottlenecks und Wartebedingungen
• Lese-/Schreibprozess-Abhängigkeiten von Zwischenprodukten verringern
• Vereinigung der aktuell zweigeteilten Prozesskette
• Evaluation der Effizienzsteigerung