Daten aus numerischen Modellen in der MDI-DE Christoph Wosniok Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg christoph.wosniok@baw.de --- 040 81908 - 352 1

Messdaten -> Modelldaten Verschiedene Daten: Messdaten Modellierung! Die meisten Daten über die wir reden sind Messdaten. Jemand hat einen Sensor, hält den in die Nordsee und misst damit eine Reihe an Parametern: Wasserstand, Strömung, Salzgehalt, Schwebstoffe, Sauerstoff, Temperatur, Chlorophyll. Aber auch Vogelzählungen von Menschenhand zählen dazu. Diese Daten sind aber in der Regel Punktwerte. Um diese Werte in die Fläche zu bringen, werden numerische Modellverfahren angewandt. Messdaten sind dabei Grundlage für die Modellierung MODELL ALS SENSOR © 2010 Nationale Naturlandschaften http://www.lifepr.de/pressemeldungen/nationale-naturlandschaften/boxid/164148 http://www.nabu.de/naturfotos/vogelschwarm.html

Was ist ein numerisches Modell: Modellbegriff Was ist ein numerisches Modell: Eingangsdaten Verarbeitung – numerischer Kern Ergebnisdaten Modellierung - Was gehört dazu? Modellbegriff

Daten aus numerischen Modellen Eingangs-/Ergebnisdaten  Geodaten = Daten mit räumlichem Bezug: Standarddaten der MDI-DE … der numerische Kern? Erfordert ein wenig umformen, aber letztlich kann man aus allen diesen Daten ein bekanntes Datenformat wie ESRI Shape erzeugen. Der numerische Kern es anderes. Es ist Teil der Entstehung der Daten, also der Datenherkunft, die auch bei allen anderen Geodaten interessant ist, im Fall der Modelldaten also schon sehr elementar. Bei Messdaten ist ja auch interessant wie ein Sensor kalibriert wurde. Bei den vielen Einstellungsmöglichkeiten eines Modellierungssystems können sehr viele Ergebnisse herausskommen.

Numerischer Kern in der MDI-DE? Notwendige Erklärung zur Herkunft der angebotenen Daten der MDI-DE = Teil der Metadaten Qualitätssicherung Reproduzierbarkeit für wissenschaftliche und juristische Zwecke Bessere Vergleichbarkeit von Modellläufen Verarbeitung mit anderen interoperablen Webdiensten Verweis auf EU Richtlinien INSPIRE Lineage Element (INSPIRE, WRRL verweisen auf Modelle)

Fallbeispiel: F&E Projekt AufMod Verbundprojekt, Laufzeit 2009 – 2012 Aufbau von integrierten Modell- systemen zur langfristigen Analyse der Morphodynamik der Deutschen Bucht: Definition und Analyse von Sedimenttransportwegen und -richtungen, transportierten Mengen und Sedimentbilanzen Multimodellansatz Führt zu unterschiedlichen Ergebnissen bei gleicher Ausgangslage Fallbeispiel So soll zum Verständnis der langfristigen und großräumigen Sedimentdynamik sowie der Prognose großräumiger Transport- und Formänderungsprozesse beigetragen werden. MMAnsatz: Vergleichbare Szenarien, Gefühl für Schwankungsbreite der Ergebnise

Datenaufbereitung Erstellung von GIS-Layern aus Originaldaten (Shape, Raster…) Einrichtung von Webdiensten (Geoserver) Evtl Bereitstellung der Originaldaten (FTP) Metadatenerstellung für Geodaten und Webdienste Einrichtung/ Übernahme von Farbpaletten/ Legenden für Layer („Styled Layer Descriptor“) => fachliche Absprache ZIEL: Automatisierung des Workflows!

Darstellung der Ergebnisse - Kornverteilung

Darstellung der Ergebnisse - Bathymetrie

Darstellung der Ergebnisse - Sedimentsortierung

Metadaten für den numerischen Kern Metadaten für numerische Modelle sollten… … sowohl die Eingangs- und Ausgangsdaten UND den numerischen Kern beschreiben Beschreibung eines Szenarios … ISO-konform sein Szenario = Modelllauf! Jeder ist anders Also: es werden nur die MD gespeichert.

Modell-spezifische Metadaten Gitterdatei Startwerte Randwerte Modellparameter

Modell-spezifische Metadaten Beispielparameter Wasserstand Strömung Salzgehalt Schwebstoffe Seegang Klimatologie Korngrößenverteilung Stratigraphie Beispielwerte 0 m 1 m/s 0,3 % 20 mg/l Hs = 1 m Submodel Funktion Zahlenreihe Gitterdatei Startwerte Randwerte Modellparameter Werte pro Datenpunkt!! Submodel: Ergebnisse von anderen Berechnungen Funktionen: Abhängigkeiten von anderen Parametern Zahlenreihen: Schichtendicke, 3 Schichten

Modell-spezifische Metadaten Beispielparameter Wasserstand Strömung Salzgehalt Schwebstoffe Seegang Wind Massefluss Stratigraphie Beispielwerte 0 m 1 m/s 0,3 % 20 mg/l Hs = 1 m 3 m/s Funktion Zahlenreihe Gitterdatei Startwerte Randwerte Modellparameter (zeitabhängig) Werte pro Datenpunkt!! Submodel: Ergebnisse von anderen Berechnungen Funktionen: Abhängigkeiten von anderen Parametern Zahlenreihen: Schichtendicke, 3 Schichten

Modell-spezifische Metadaten Beispielparameter Vertikale Diskretisierung Turbulenzmodell Corioliskraft Sinkgeschwindigkeit Reibungsmodell Austauschschicht Geschiebetransport Beispielwerte 50 K-e rodi Beta-plane Stokes Global konstant 5dmaxglobal (15cm) Van Rijn 1994 Gitterdatei Startwerte Randwerte Modellparameter Werte pro Datenpunkt!!

Szenarienauswahl

Szenarienauswahl Modellierer 1

Szenarienauswahl Modellierer 1 Modellierer 2

Metadatenstruktur - Vorgehen NOKIS-Profil als Grundlage Ansätze aus ISO 19115, CSCM und IAHR Validierungsdokumenten Verknüpfung von Metadatensätzen ISO: Generischer Ansatz CSCM: Forschungsansatz, alt IAHR: Reine Textdokumenation ohne Bezug zu klassischen Metadaten einer GDI

Modelleingangsdaten und –Ergebnisse sind ‚normale‘ Geodaten Zusammenfassung Modelleingangsdaten und –Ergebnisse sind ‚normale‘ Geodaten Der numerische Kern ist wichtig für die Beschreibung und Verständnis der Ergebnisse Mit einem Metadatenprofil für numerische Modelle können Szenarien beschrieben werden

Herzlichen Dank für Ihr Interesse! Fragen? Daten aus numerischen Modellen in der MDI-DE Herzlichen Dank für Ihr Interesse! Fragen? Christoph Wosniok Bundesanstalt für Wasserbau - Hamburg christoph.wosniok@baw.de – 040 81908 352 www.baw.de 21

Literatur Hill, L., Crosier, S. J., Smith, R.T. and Goodchild, M. (2001) "A Content Standard for Computational Models", D-Lib Magazine, Vol. 7, No. 6 (digital). IAHR (1994) "Guidelines for Documenting the Validity of Computational Modelling Software", International Association for Hydraulic Research, P.O. Box 177, 2600 MH Delft, The Netherlands. Kösters, F., Plüß, A., Heyer, H., Kastens, M. amd Sehili, A. (2010) "Validating a hydrodynamic framework for long-term modelling of the German Bight". EGU General Assembly 2010, Vienna, Austria. Wosniok, C. and Lehfeldt, R. (2012) “A Metadata Profile for Computational Models”, HIC 2012 - 10th International Conference on Hydroinformatics, Hamburg. Wosniok, C. and Lehfeldt, R. (2012) “A Metadata Profile for Numerical Modelling Systems”, ICHE 2012 - 10th International Conference on Hydroscience and Engineering, Orlando.