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02.12.2020

Datenmanagementlösungen für die Wissenschaft

MOSAiC-Expedition 2020
MOSAiC-Expedition / Foto: Steffen Graupner, Alfred-Wegener-Institut

Am 12. Oktober 2020 ist das Forschungsschiff Polarstern des Alfred-Wegener-Instituts von seiner einjährigen Expedition MOSAiC im Nordpolarmeer zurückgekehrt. Die mehreren hundert Wissenschaftler müssen nun die unterwegs gesammelten Daten auswerten, um das vielschichtig ineinandergreifende Räderwerk des arktischen Klimasystems zu dokumentieren – ein Unterfangen, das mehrere Jahre in Anspruch nehmen wird. In diesem Zusammenhang war es besonders wichtig, die Daten zuverlässig erfassen und speichern zu können. Das webbasierte Datenmanagementsystem DSHIP ist seit über zwanzig Jahren auf verschiedenen Forschungsschiffen rund um die Welt im Einsatz, nun hat es sich bei der einjährigen MOSAiC-Expedition erneut bewährt – ein langer Zeitraum verglichen mit den sonst deutlich kürzeren Expeditionen von Forschungsschiffen.


Sichere Erfassung von großen Datenmengen mit DSHIP

Die Menge der gesammelten Daten, die es nun auszuwerten gilt, ist schlicht riesig. Das elektronische Stationsbuch dokumentiert minutiös die fünf Fahrtabschnitte mit mehr als 9.000 Geräteeinsätzen und über 15.000 einzelnen Ereignisbeschreibungen, die alle für eine spätere Interpretation der Daten wichtig sind. Dazu gehört beispielsweise der jeweilige genaue Aufbau eines Gerätes aus einzelnen Komponenten zum Zeitpunkt der Verwendung oder der Einsatz bestimmter Kameras oder Sensoren. Ergänzend dokumentiert das System automatisch exakte Orts- und Zeitangaben sowie die wichtigsten Umgebungsbedingungen zu jedem einzelnen Ereignis.

Neben den Messungen an den einzelnen Stationen wurden auch kontinuierlich während der gesamten Expedition die Daten von mehr als 280 physikalischen Sensoren respektive daraus abgeleiteten Größen automatisch aufgezeichnet. Das sind pro Sensor im Mittel etwa 25 Millionen, in Einzelfällen sogar bis zu 647 Millionen Werte. Jeder einzelne dieser Werte kann nun in der Auswertung mittels DSHIP in Verbindung zu den anderen Messungen von unterwegs oder „auf Station“ gesetzt werden. Die Wissenschaftler konnten die Messungen natürlich auch unmittelbar in ihren Laboren an Bord der Polarstern beobachten und auswerten. Dabei waren Vergleiche mit älteren DSHIP-Archivdaten und damit direkt erste aufschlussreiche Einsichten zum Klimawandel möglich.


Big Data für die Wissenschaft

Nach jedem Teilabschnitt der Expedition wurden die wertvollen Daten mit den zurückkehrenden Wissenschaftlern zum Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, das die internationale Expedition leitet, nach Bremerhaven gebracht. Schon vor der MOSAiC-Expedition hat Werum das Big Data-Analytics-System „AWI-DataPool“ für das Alfred-Wegener-Institut aufgebaut, mit dem sich unterschiedlichste Datenquellen mit vielen Milliarden Messwerten in komplexen Analysen flexibel miteinander in Beziehung setzen lassen.

Der AWI-DataPool erleichtert Zugriff und Auswertung großer Datenmengen und liefert damit einen wichtigen Beitrag zur Beschleunigung der wissenschaftlichen Arbeitsprozesse. So können z.B. Daten, die über den Expeditionszeitraum hinweg in unterschiedlichen Wassertiefen, vom Eis und aus der Luft gesammelt wurden, von den Wissenschaftlern in Beziehung gesetzt werden, um neue Informationen zu gewinnen, Zusammenhänge zu identifizieren und Wechselwirkungen im Klimageschehen besser verstehen zu können.


Verschiedene Systeme im Einsatz

Die Umgebungsbedingungen an der Eisscholle, an der die Polarstern angedockt hatte, änderten sich ständig. Entsprechend waren für die Durchführung der Expedition genaue Lagebilder wichtig, um Routen planen und den Aufbau von Messstationen auf dem Eis und die Durchführung von Messungen organisieren zu können. Im DSHIP MapViewer kamen dazu Daten von z.B. Satelliten, Eisradar, Wetter- und Eisdrift-Vorhersagen zu einem Lagebild zusammen. Da diese Daten in unterschiedlichen Formaten und Projektionen an Bord empfangen wurden, mussten von Lüneburg aus Anpassungen an der Software vorgenommen werden – insbesondere als die Polarstern sich in der Region um den Polarkreis aufhielt. Auch mit solchen Leistungen hat das Team von Werum über die Satellitenverbindung von Lüneburg zur Polarstern die MOSAiC-Expedition schnell und flexibel unterstützt.

Neben DSHIP war auch das Datenmanagementsystem DMS von Werum im Einsatz – auf einem der an der Expedition beteiligten Hubschrauber. DMS zeichnet Daten wie beispielsweise die der Eisdickenmessung auf und läuft bereits seit 2011 erfolgreich auf den am Alfred-Wegener-Institut beheimateten Forschungsflugzeugen Polar 5 und Polar 6. Diese beiden Flugzeuge waren im Zusammenhang mit der MOSAiC-Expedition ebenfalls im Einsatz und haben wichtige Forschungsdaten geliefert.

Die Werum Software & Systems AG ist stolz, auf diesen diversen Wegen einen wertvollen Beitrag zur bisher größten Polarexpedition geleistet zu haben und in Zukunft auch weiterhin bei der Auswertung der Daten zu unterstützen – um globale Klimaprozesse besser verstehen und so Handlungsempfehlungen zum Klimaschutz ableiten zu können.

 

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