Daten aus numerischen Modellen

Präsentation zum Thema: "Daten aus numerischen Modellen"—  Präsentation transkript:

1 Daten aus numerischen Modellen
in der MDI-DE Christoph Wosniok Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg 1

2 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

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

4 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.

5 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)

6 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

7 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!

8 Darstellung der Ergebnisse - Kornverteilung

9 Darstellung der Ergebnisse - Bathymetrie

10 Darstellung der Ergebnisse - Sedimentsortierung

11 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.

12 Modell-spezifische Metadaten
Gitterdatei Startwerte Randwerte Modellparameter

13 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

14 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

15 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!!

16 Szenarienauswahl

17 Szenarienauswahl Modellierer 1

18 Szenarienauswahl Modellierer 1 Modellierer 2

19 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

20 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

21 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 – 21

22 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 th International Conference on Hydroinformatics, Hamburg. Wosniok, C. and Lehfeldt, R. (2012) “A Metadata Profile for Numerical Modelling Systems”, ICHE th International Conference on Hydroscience and Engineering, Orlando.