Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Earth System Modeling Framework (ESMF) - климатты құру, сандық ауа райын болжау, деректерді ассимиляциялау және басқа да Жер ғылымдарының бағдарламалық жасақтамаларын құру үшін ашық бастапқы кодты бағдарламалық қамтамасыз ету. Бұл қолданбалар есептеуді талап етеді және әдетте суперкомпьютерлерде жұмыс істейді. ЭҚҚҚ техникалық қабат ретінде қарастырылады, ол өзара іс-қимыл қабілеттілігін қамтамасыз ету үшін күрделі ортақ модельдеу инфрақұрылымына біріктірілген. Ынтымақтастық пен ортақ инфрақұрылымның басқа да аспектілеріне: ортақ тәжірибелік протоколдар, ортақ талдау әдістері, деректер мен деректердің шығу тегі туралы ортақ құжаттамалық стандарттар, ортақ жұмыс ағыны және ортақ модель компоненттері кіреді. ESMF жобасы қоғамдастық басқаруға және үлестірілген дамуға ерекше көңіл бөлгенімен және университеттердің, АҚШ-тың ірі ғылыми-зерттеу орталықтарының, Ұлттық ауа райы қызметінің, Қорғаныс министрлігінің және NASA-ның модельдеу топтарын қамтитын әртүрлі клиенттер базасымен ерекшеленеді. ESMF әзірлеу тобы 2009 жылға дейін NCAR-да болды, содан кейін ол NOAA Жер жүйесінің зерттеу зертханаларына көшті. Earth System Modeling Framework редакциялау - Иллинойс университеті / NCSA ашық бастапқы код лицензиясы бойынша шығарылған еркін бағдарламалық қамтамасыз ету.
The Earth System Modeling Framework (ESMF) is open source software for building climate, numerical weather prediction, data assimilation, and other Earth science software applications. These applications are computationally demanding and usually run on supercomputers. The ESMF is considered a technical layer, integrated into a sophisticated common modeling infrastructure for interoperability. Other aspects of interoperability and shared infrastructure include: common experimental protocols, common analytic methods, common documentation standards for data and data provenance, shared workflow, and shared model components. The ESMF project is distinguished by its strong emphasis on community governance and distributed development, and by a diverse customer base that includes modeling groups from universities, major U. S. research centers, the National Weather Service, the Department of Defense, and NASA. The ESMF development team was centered at NCAR until 2009, after which it moved to the NOAA Earth System Research Laboratories. Editing Earth System Modeling Framework is free software released under the University of Illinois/NCSA Open Source License.
Мақсаты
ЕҚМҚ әр түрлі жерлерде жасалған Жер туралы ғылымды модельдеу бағдарламалық жасақтамасының өзара іс-қимылын арттырады және кодты қайта пайдалануға ықпал етеді. Бұл идея - үлестірілген, мамандандырылған білім мен ресурстарды тиімді жұмыс істейтін, әртүрлі проблемаларды тиімдірек шеше алатын және қоғамның қажеттіліктеріне көбірек жауап беретін бірлескен, интеграцияланған модельдеу қауымдастығына айналдыру.
ESMF increases the interoperability of Earth science modeling software developed at different sites and promotes code reuse. The idea is to transform distributed, specialized knowledge and resources into a collaborative, integrated modeling community that operates more efficiently, can address a wider variety of problems more effectively, and is more responsive to societal needs.
Бағдарламалық жасақтама архитектурасы
ЕҚҚМ компоненттерге негізделген бағдарламалық жасақтама инженериясы қағидаттарына негізделген. ESMF бағдарламалық қамтамасыз ету бағдарламасының компоненттері әдетте атмосфера, мұхит, криосфера немесе жер беті сияқты кең ауқымды физикалық салаларды білдіреді. Кейбір модельдер сондай-ақ компоненттер ретінде белгілі бір процестерді (мысалы, мұхит биогеохимиясы, күн сәулесінің атмосфераға әсері) көрсетеді. ЭҚМҚ-да компоненттер басқа компоненттерді құра алады және басқа компоненттерді басқарады, сондықтан мұхит биогеохимиясы компоненті үлкен мұхит компонентінің бөлігі болуы мүмкін. Физикалық домендерді байланыстыратын бағдарламалық қамтамасыз ету Жер жүйесін модельдеу қоғамдастығында жұптағыш деп аталады. Қоспалар медиатор үлгісін ұстанады және бір компоненттің шығыстарын алып, оларды басқа компонентті іске қосу үшін қажетті кірістерге айналдырады. Трансформацияларға бірліктерді түрлендіру, желілік интерполяция немесе қайта карталау, бірігу (яғни, құрлық пен мұхит бетін біріктіріп, толық қамтылған жаһандық бетті қалыптастыру) немесе басқа да мамандандырылған трансформациялар кіруі мүмкін. ЕҚҚС-та жұптастырушылар сонымен қатар бағдарламалық жасақтама компоненттері болып табылады.
ESMF is based on principles of component based software engineering. The components within an ESMF software application usually represent large scale physical domains such as the atmosphere, ocean, cryosphere, or land surface. Some models also represent specific processes (e. g. ocean biogeochemistry, the impact of solar radiation on the atmosphere) as components. In ESMF, components can create and drive other components so that an ocean biogeochemistry component can be part of a larger ocean component. The software that connects physical domains is called a coupler in the Earth system modeling community. Couplers follow the mediator pattern and take the outputs from one component and transform them into the inputs that are needed to run another component. Transformations may include unit conversions, grid interpolation or remapping, mergers (i. e., combining land and ocean surfaces to form a completely covered global surface) or other specialized transformations. In ESMF, couplers are also software components.
Қуаттары
ESMF пайдаланушы деректерін торлар, өрістер және массивтер сияқты деректер нысандары түрінде көрсетеді. Компоненттегі пайдаланушы деректері осы ESMF объектілеріне көшірілуі немесе сілтемесі болуы мүмкін. Пайдаланушы деректері ЭҚҚҚ дерек объектісінің бөлігі болғаннан кейін, жүйедегі басқа компоненттерге қажетті деректерді түрлендіру және беру үшін негіздемелік әдістерді қолдануға болады. Бұл әдетте ілесу компоненті ішінде болады. Желі интерполяциясы мен карталау ESMF негізгі қызметтері болып табылады. Интерполяциялық салмақтар ЭҚМҚ-да билинеарлық интерполяция, шекті элементтермен жамауды қалпына келтіру және консервативті қайта карталау әдістерін қолдану арқылы жасалуы мүмкін. ЭҚМФ метадеректерді дерек объектілерімен байланыстыра алады. Атау мен мән жұптары түріндегі метадеректер пакеттерге топтастырылады, оларды XML және басқа стандартты форматтарға жазуға болады. ЭҚҚҚ метадеректер топтамасы Климат және болжамды метадеректер конвенциялары мен METAFOR ортақ ақпараттық моделі сияқты қоғамдастық конвенцияларына негізделген.
ESMF represents user data in the form of data objects such as grids, fields, and arrays. The user data within a component may be copied or referenced into these ESMF objects. Once user data is part of an ESMF data object, framework methods can be used to transform and transfer the data as required to other components in the system. This generally happens within a coupler component. Grid interpolation and remapping are core utilities of ESMF. Interpolation weights can be generated in ESMF using bilinear interpolation, finite element patch recovery, and conservative remapping methods. ESMF can associate metadata with data objects. The metadata, in the form of name and value pairs, is grouped into packages, which can be written out in XML and other standard formats. ESMF metadata packages are based on community conventions including the Climate and Forecast Metadata Conventions and the METAFOR Common Information Model.
Тарих
ЕҚҚҚ-ның ынтымақтастығы Жер жүйесінің бірлескен моделін дамытудың жолдарын зерттеуге бағытталған, қаржыландырылмаған, түбегейлі күш-жігерге ие Common Modeling Infrastructure Working Group (CMIWG) жұмысына негізделген. CMIWG зерттеу және операциялық орталықтардағы ауа райы мен климатты модельдеу топтарының кеңінен қатысуына мүмкіндік берді. 1998-2000 жылдар аралығында өткен бірқатар кездесулерде CMIWG мүшелері жалпы талаптарды және жалпы бағдарламалық жасақтама үшін алдын ала жобаны белгіледі. 2000 жылдың қыркүйегінде NASA Earth Science Technology Office (ESTO) ESMF құруға шақыратын өтініш жариялады. CMIWG қатысушыларының басым көпшілігі өздерінің "сұйық" негіздемелік жобасына негізделген үйлестірілген жауап әзірлеуге келісті және үш байланысты ұсынысты ұсынды. Біріншісі ЭҚЖМ негізгі бағдарламалық жасақтамасын әзірлеуге, екіншісі Жер туралы ғылымды модельдеуге арналған қосымшаларды енгізуге, ал үшіншісі ЭҚЖМ деректерін ассимиляциялау бағдарламаларын енгізуге бағытталған. Үш ұсыныстың барлығы үш жылдық мерзімде 9,8 миллион доллар көлемінде қаржыландырылды. ЭҚЖМ жобасы қарқын ала бастаған сайын, ол CMIWG-ді қоғамдастықтарды модельдеу инфрақұрылымын дамытудың орталық нүктесі ретінде алмастырды. NASA қаржыландыру кезеңінде ESMF тобы негіздеменің прототибін жасап, оны әртүрлі мекемелердің модельдеу компоненттерінің біріктірілуін көрсеткен бірқатар тәжірибелерде қолданды. ESMF сонымен қатар NASA Goddard-та жаңа модель, Годдард Жерді байқау жүйесі (GEOS) атмосфералық жалпы айналым моделінің құрылысына негіз болды. ЕҚҚМ-ның бірінші қаржыландыру циклының аяқталуына жақындаған кезде оның серіктестері келесі қаржыландыру циклында ЕҚҚМ-ның бірнеше агенттіктің демеушілігімен ұйымдастырылатын ұйымға қалай көшуі мүмкін екенін сипаттайтын жобалық жоспар жазды. Жаңа бес жылдық гранттар NASA-дан климаттың өзгеруі мен өзгермелілігі бойынша Модельдеуді талдау және болжау (MAP) бағдарламасы арқылы және Қорғаныс департаментінің ұрыс кеңістігі ортасы институтынан келді. Ұлттық ғылым қоры (NSF) NCAR негізгі қаражаты арқылы даму тобының бір бөлігін қаржыландыруды жалғастырды. Көптеген шағын ЭҚЖҚ-ға негізделген бағдарламаларды қабылдау жобалары ғарыш ауа райы мен шөгінді тасымалдау сияқты әртүрлі салаларда қаржыландырылды. Бірінші қаржыландыру кезеңінің соңында ЭҚМФ серіктестері ЭҚМФ-тың болашақ бағыттары туралы ақ кітап жазды. Бұл құжат NSF-ке ESMF-ті (және басқа да бағдарламалық жасақтамаларды) деректер қызметімен біріктіру туралы ұсыныстың негізін құрады. 2008 жылы АҚШ-тың Әскери-теңіз флотының, Ұлттық ауа райы қызметінің және АҚШ-тың Әуе күштерінің ауа райын болжау жөніндегі бірлескен жобасы - Ұлттық біріктірілген операциялық болжау қабілеті (NUOPC) үшін жоба менеджері тағайындалды.
The ESMF collaboration had its roots in the Common Modeling Infrastructure Working Group (CMIWG), an unfunded, grass roots effort to explore ways of enhancing collaborative Earth system model development. The CMIWG attracted broad participation from major weather and climate modeling groups at research and operational centers. In a series of meetings held from 1998 to 2000, CMIWG members established general requirements and a preliminary design for a common software framework. In September 2000, the NASA Earth Science Technology Office (ESTO) released a solicitation that called for the creation of an ESMF. A critical mass of CMIWG participants agreed to develop a coordinated response, based on their strawman framework design, and submitted three linked proposals. The first focused on development of the core ESMF software, the second on deployment of Earth science modeling applications, and the third on deployment of ESMF data assimilation applications. All three proposals were funded, at a collective level of $9.8 million over a three year period. As the ESMF project gained momentum, it replaced the CMIWG as the focal point for developing community modeling infrastructure. During the period of NASA funding, the ESMF team developed a prototype of the framework and used it in a number of experiments that demonstrated coupling of modeling components from different institutions. ESMF was also used as the basis for the construction of a new model, the Goddard Earth Observing System (GEOS) atmospheric general circulation model at NASA Goddard. As the end of the first funding cycle for ESMF neared, its collaborators wrote a project plan that described how ESMF could transition to an organization with multi agency sponsorship for its next funding cycle. Major new five year grants came from NASA, through the Modeling Analysis and Prediction (MAP) program for climate change and variability, and from the Department of Defense Battlespace Environments Institute. The National Science Foundation (NSF) continued funding part of the development team through NCAR core funds. Many smaller ESMF based application adoption projects were funded in domains as diverse as space weather and sediment transport. Also at the end of the first funding cycle, the ESMF collaborators wrote a white paper on future directions for the ESMF. This paper formed the basis for a proposal to NSF to combine ESMF (and other software frameworks) with data services to create a computational environment that supports an end to end modeling workflow. In 2008, a project manager was appointed for the National Unified Operational Prediction Capability (NUOPC), a joint project for weather prediction of the United States Navy, the National Weather Service, and the United States Air Force.