Gut einheizen: der Gebrauch von Supercomputern zur Bekämpfung von Waldbränden

 

 

Supercomputer & Waldbrände

 

Gut einheizen: Supercomputer und die Bekämpfung von Waldbränden

von Xavier Vigouroux, Bull HPC

 
Supercomputer beeinflussen unser tägliches Leben. Sie sagen das Wetter voraus, steigern die Wettbewerbsfähigkeit beim Design von Flugzeugen und Autos, unterstützen Experimente in der Astrophysik und verbessern die Bohrtechnik in der Öl- und Gasindustrie.

 

Supercomputer haben eindeutig in vielen Branchen einen wachsenden Einfluss auf Forschungsprojekte.
 

Ein weiterer Bereich, in dem sich die Anwendung von Supercomputern als ausschlaggebend herausstellt, ist die Bekämpfung von Waldbränden. Waldbrände zerstören jedes Jahr alleine in Europa eine halbe Million Hektar Natur. Aber Waldbrände kosten nicht nur Leben, sie haben auch ernsthafte wirtschaftliche Konsequenzen. Mit Supercomputern können wir Modelle erstellen, die die Reaktion von Bränden auf bestimmte Bedingungen untersuchen, und die wahrscheinlichsten Brandorte und -zeitpunkte sowie das Brandverhalten voraussagen.

Im Jahr 2006 fielen 60 Quadratkilometer Wald auf Korsika einem vier Tage wütenden Feuer zum Opfer. Mit Hilfe des nagelneuen, von Bull entworfenen und CINES gehosteten Supercomputers „OCCIGEN“ hat ein Team von Wissenschaftlern von Laboratoires CNRS (Universität von Korsika), LA (Universität von Toulouse) und CNRM (Météo-France) den Flächenbrand noch einmal durchgespielt. Solche Simulationen helfen Feuerwehreinheiten dabei, Standorte von zukünftigen Bränden zu identifizieren, Schäden zu begrenzen und letztlich Menschenleben zu retten.

Nahaufnahmen, Überblick und Durchblick

Um wirksame Voraussagen zu treffen, muss ein Supercomputer-Modell einen Brand sowohl auf Mikro- als auch auf Makroebene analysieren. Auf der unteren Ebene, die sich in Metern messen lässt, befasst sich die Simulation mit der Dynamik des Feuers. An der Vorderseite entwickelt das Feuer eine enorme Energie, da die Luft in diesem Bereich sehr viel heißer ist. Die lokal entstehende Konvektion breitet die Flammen weiter aus. Die Analyse des Bodengefälles und Bewuchses ist entscheidend für die Berechnung des Brandausmaßes, wie auch die entsprechenden Baumarten, da sie dem Feuer als Brandmaterial dienen.

Auf einer höheren Ebene, die sich in Kilometern messen lässt, muss man die Wetterumstände wie Windgeschwindigkeit und -richtung, Feuchtigkeit und Lufttemperatur berücksichtigen und in das Modell einspeisen.

Der Brand selbst, einschließlich Rauch, Hitze und chemischer Bestandteile, wirkt sich wiederum auf die atmosphärischen Bedingungen aus und beeinflusst so das Feuer. Deshalb müssen die zwei Simulationen so aneinander gekoppelt werden, dass zu jedem Zeitpunkt die Ergebnisse ihrer Berechnungen ausgetauscht werden.

Supercomputer erweitern bereits jetzt die Grenzen von Wissenschaft und Technik. In diesem besonderen Fall haben sie dem Team geholfen, alle Aspekte des Brands auf Korsika nachträglich zu simulieren. Das Modell konnte ermitteln, wie das Feuer die Richtung gewechselt hat, so dass Feuerwehreinheiten in Zukunft am richtigen Ort zur Brandbekämpfung eingesetzt werden können. Die nächste Herausforderung besteht darin, die Simulation sofort nach Ausbruch des Feuers zu beginnen, damit das Feuerwehrpersonal genau am richtigen Ort in der Lage ist, um das Feuer in Echtzeit zu bekämpfen. Es gibt noch viel zu tun, aber wenn es darum geht, Menschenleben zu retten und die Umwelt zu schützen, sind die bahnbrechenden Anwendungen von Supercomputern von unschätzbarem Wert.

Xavier Vigouroux

Dr. Xavier Vigouroux hat nach seiner Promotion im Fach Verteilte Datenverarbeitung an der Ecole Normale Supérieure de Lyon für mehrere große Unternehmen in verschiedenen Positionen gearbeitet. Seit neun Jahren ist er bei Bull beschäftigt. Er hat fünf Jahre lang das HPC-Benchmark-Team geleitet und dann den Bildungs- und Forschungsmarkt für HPC übernommen. Gegenwärtig leitet er das „Center for Excellence in Parallel Programming“ (CEPP).

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