Climateprediction.net

Climateprediction.net er et distribueret computing projekt at undersøge og reducere usikkerhederne i klimaet modellering. Formålet er at gøre dette ved at køre hundredtusindvis af forskellige modeller ved brug af donerede tomgangstid almindelige pc'er, hvilket fører til en bedre forståelse af, hvordan modeller påvirkes af små ændringer i de mange parametre vides at påvirke det globale klima.

Projektet bygger på frivillige computing-modellen ved hjælp af BOINC rammer, hvor frivillige deltagere er enige om at køre nogle processer af projektet på klientsiden i deres personlige computere efter opgaver fra server-side til behandling.

CPDN, ​​som primært drives af Oxford University i England, har udnyttet mere computerkraft og genererede flere data end nogen anden klima modellering projekt. Den har produceret over 100 millioner model års data hidtil. I december 2010, er der mere end 32.000 aktive deltagere fra 147 lande med en samlet BOINC kredit på mere end 14 milliarder, rapportering omkring 90 teraflops af regnekraft.

Formål

Formålet med Climateprediction.net projektet er at undersøge usikkerheden i forskellige parameterizations, der skal foretages i state-of-the-art klimamodeller. Modellen køres tusindvis af gange med små forstyrrelser til forskellige fysik parametre og projektet undersøger, hvordan modellen output ændringer. Disse parametre er ikke kendt præcist, og variationerne er inden hvad der subjektivt anses for at være en sandsynlig rækkevidde. Dette vil gøre det muligt for projektet at forbedre forståelsen af, hvordan følsomme modellerne er til små ændringer og også til ting som ændringer i kuldioxid og svovl cyklus. I fortiden, har estimater af klimaændringer måtte der foretages ved hjælp af en eller i bedste fald en meget lille ensemble af modelkørsler. Ved at bruge deltagernes computere, vil projektet være i stand til at forbedre forståelsen for og tilliden til, ville klimaforandringer forudsigelser mere end nogensinde være muligt ved hjælp af de supercomputere i øjeblikket er tilgængelige for forskere.

Den Climateprediction.net Forsøget skal bidrage til at "forbedre metoderne til at kvantificere usikkerheder klima fremskrivninger og scenarier, herunder langsigtede ensemble simuleringer med komplekse modeller", identificeret af Det Mellemstatslige Panel om Klimaændringer i 2001 som en høj prioritet. Forhåbentlig vil eksperimentet giver beslutningstagerne et bedre videnskabeligt grundlag for at behandle en af ​​de største potentielle globale problemer i det 21. århundrede.

Som vist i grafen ovenfor, de forskellige modeller har en temmelig bred fordeling af resultaterne over tid. For hver kurve, på den yderste højrefløj, der er en bar der viser den endelige temperaturområde for den tilsvarende model version. Som du kan se, og forventer, at længere ud i fremtiden modellen udvides, den bredere varianserne mellem dem. Omkring halvdelen af ​​variationen afhænger af den fremtidige klima tvinger scenarie frem for usikkerheder i modellen. Enhver reduktion i disse variationer, om fra bedre scenarier eller forbedringer i modellerne er ønskede. Climateprediction.net arbejder på model usikkerheder ikke de scenarier.

Kernen i problemet er, at forskerne kan køre modeller og se, at x% af modellerne varme y grader som reaktion på z klima påvirkninger, men hvordan kan vi vide x% er en god repræsentation af sandsynligheden for at det sker i den virkelige verden ? Svaret er, at forskerne er i tvivl om dette, og ønsker at forbedre niveauet for tillid til, at der kan opnås. Nogle modeller vil være gode og nogle dårlige til at producere forbi klima, når det gives forbi klima påvirkninger og oprindelige betingelser. Det giver mening at have tillid til de modeller, der gør godt ved at genskabe fortiden mere end dem, der klarer sig dårligt. Derfor modeller, der klarer sig dårligt, vil blive downweighted.

Eksperimenterne

De forskellige modeller, som Climateprediction.net har og vil distribuere er beskrevet nedenfor i kronologisk rækkefølge. Derfor enhver, der har sluttet sig for nylig er sandsynligvis køre Forbigående Koblet model.

  • Classic Slab Model - Den oprindelige eksperiment ikke under BOINC. Se # Den oprindelige model for yderligere oplysninger. Denne model er stadig i brug udelukkende til OU kort kursus.
  • BOINC Slab Model - Det samme som den klassiske Slab Model, men frigivet under BOINC.
  • Termohaline cirkulation Model - En undersøgelse af, hvordan klimaet kan ændre sig i tilfælde af et fald i styrken af ​​termohaline cirkulation. Dette eksperiment er nu lukket for nye deltagere, da de har tilstrækkelige resultater. Det var en fire fase-model på i alt 60 model år. De første tre faser var identiske med de ovennævnte Slab modeller. Den fjerde fase pålagt virkningerne af en afmatning i termohaline cirkulation 50% ved at pålægge SST ændringer i det nordlige Atlanterhav fra andre kørsler.
  • Svovl Cycle Model - En undersøgelse af effekten af ​​sulfat aerosoler på klimaet. Forsøget vil modellere svovl i en række sammensatte former, herunder dimethylsulfid og sulfataerosoler. Dette eksperiment startede i august 2005 og var en pre-krav for hindcast. Det er en 5 fase model i alt 75 model år. Timesteps er omkring 70% længere, hvilket gør modellen omkring 2,8 gange længere end den oprindelige slab model. Mens et par modeller stadig tricking, er modellen ikke er udstedt siden 2006.
  • Koblet Spin-up-model - Inddragelse af oceaniske påvirkninger ind i den grundlæggende model i en mere dynamisk og realistisk måde, end det oprindelige Slab model. Dette var en pre-krav for hindcast. Dette er blevet gennemført, og som planlagt, ikke var offentligt frigivet. De hurtigste 200 - 500 computere blev inviteret til at deltage, fordi det er en 200 år model og resultater blev nødvendig i februar 2006 for at Forbigående koblede model lanceringen.
  • Forbigående koblede model - Dette omfatter en 80 år hindcast og en 80 års prognose. Den hindcast er at teste, hvor godt modellerne udføre på at genskabe det klima af 1920 til 2000. Den blev lanceret februar 2006 i henhold til BBC Climate Change Experiment branding og senere også frigivet fra CPDN webstedet.
  • Seasonal Attribution Project - Dette er en høj opløsning model for en enkelt model år for at se på ekstreme nedbørshændelser. Dette eksperiment er meget kortere på grund af sin enkelt model år, men der er 13,5 gange så mange celler og timesteps er kun 10 minutter i stedet for 30 minutter. Denne ekstra opløsning betyder det kræver mindst 1,5 GB RAM. Det bruger HadAM3-N144 klimamodel.

Historie

Myles Allen først tænkt over behovet for store Climate ensembler i 1997, men blev først introduceret til succes for SETI i 1999. Den første finansiering forslag i april 1999 blev afvist som aldeles urealistisk.

Efter en præsentation på World Climate Conference i Hamburg i september 1999, og en kommentar i Nature med titlen Gør det selv klima forudsigelse i oktober 1999, tusinder tilmeldt til dette angiveligt viede tilgængelig program. Dot-com boblen brister hjalp ikke, og projektet indså de skulle gøre det meste af programmeringen selv snarere end at outsource.

Det blev lanceret September 12, 2003, og den 13. september 2003 projektet oversteg kapaciteten af ​​Jorden Simulator at blive verdens største klima modellering facilitet.

Lanceringen 2003 tilbydes kun en Windows "klassiske" klient. Den 26. august 2004 lanceret en BOINC klient, som støttede Windows, Linux og Mac OS X-klienter. "Classic" fortsat vil være til rådighed for en række år til støtte for Open University kurset. BOINC er stoppet distribuere klassiske modeller til fordel for svovl cyklus modeller. En mere brugervenlig BOINC klient og hjemmeside kaldet GridRepublic, som understøtter climateprediction og andre BOINC-projekter, blev udgivet i beta i 2006.

En termohaline cirkulation afmatning eksperiment blev lanceret i maj 2004 i henhold til den klassiske rammer for at falde sammen med filmen The Day After Tomorrow. Dette program kan stadig køre, men er ikke længere downloades. Den videnskabelige analyse er skrevet op i Nick Faull afhandling. Et papir om afhandlingen endnu ikke afsluttet. Der er ingen yderligere planlagte forskning med denne model.

En svovl cyklus model blev lanceret i august 2005. De tog længere tid at gennemføre end de oprindelige modeller som følge af at have fem faser i stedet for tre. Hver tidsskridt var også mere kompliceret.

I november 2005 antallet af gennemførte resultater udgjorde 45,914 klassiske modeller, 3.455 termohaline modeller, 85,685 BOINC modeller og 352 svovl cyklus modeller. Dette udgjorde mere end 6 millioner model år behandles.

I februar 2006 flyttede projektet videre til mere realistiske klimamodeller. En BBC Climate Change Experiment blev lanceret, tiltrækker omkring 23.000 deltagere på den første dag. Den forbigående klima simulering indført realistiske oceaner. Dette gav eksperiment for at undersøge ændringer i klimaet respons som klimaet påvirkninger ændres, snarere end en ligevægt reaktion på en væsentlig ændring som en fordobling af kuldioxid-niveau. Derfor har eksperimentet nu flyttede til at gøre en hindcast på 1920 til 2000, samt en prognose for 2000 til 2080. Denne model tager meget længere tid.

BBC gav projektet omtale med over 120.000 deltagende computere i de første tre uger.

I marts 2006 blev en høj opløsning model frigivet som et andet projekt, det Seasonal Attribution Project.

I april 2006 blev de koblede modeller sig at have en datainput problem. Arbejdet var nyttigt for et andet formål end annonceret. Nye modeller skulle udleveres.

Resultater til dato

De første resultater af forsøget blev offentliggjort i Nature i januar 2005 og viser, at med kun små ændringer i de parametre inden plausible intervaller, kan modellerne vise klima følsomheder fra mindre end 2 ° C til over 11 ° C. De højere klima følsomheder er blevet udfordret som usandsynlig. For eksempel ved Gavin Schmidt.

Forklaring

Klimafølsomhed defineres som ligevægt respons af den globale gennemsnitstemperatur til fordobling niveauer af kuldioxid. Aktuelle niveauer af kuldioxid er omkring 390 ppm og vokser med en hastighed på 1,8 ppm om året i forhold til det førindustrielle niveau af 280 ppm.

Klima følsomheder på over 5 ° C er bredt accepteret som værende katastrofale. Muligheden for sådanne høje følsomheder være plausible givne observationer var blevet indberettet før Climateprediction.net eksperimentet, men "det er første gang GCMer har produceret sådan adfærd".

Selv modeller med meget høj klimafølsomheden viste sig at være "så realistisk som andre state-of-the-art klimamodeller". Testen af ​​realisme blev gjort med et geometriske middelværdi fejl test. Dette betyder ikke kontrollere, om realisme sæsonudsving og det er muligt, at flere diagnostiske foranstaltninger kan placere stærkere begrænsninger på, hvad der er realistisk. Forbedrede realisme test er ved at blive udviklet.

Det er vigtigt at eksperimentet og målet om at opnå en sandsynlighedsfordeling funktion af klima udfald for at få en meget bred vifte af adfærd selv om kun at udelukke nogle adfærdsmønstre som urealistisk. Større sæt simuleringer har mere pålidelige PDF-filer. Derfor er modeller med klima følsomheder så høje som 11 ° C inkluderet trods deres begrænsede nøjagtighed. Svovlkredsløbet Forsøget forventes at udvide området nedad.

Piani et al.

Udgivet i Geophysical Review Letters, dette papir konkluderer:

Når en internt konsistent repræsentation af oprindelsen af ​​model-data uoverensstemmelse bruges til at beregne sandsynligheden tæthedsfunktionen for klimaet følsomhed, 5th og 95 percentiler er 2,2 K og 6,8 K hhv. Disse resultater er følsomme, især den øvre grænse, til repræsentationen af ​​oprindelsen af ​​model data uoverensstemmelse.

Anvendelse i uddannelse

Der er en Open University kort kursus og undervisningsmateriale til rådighed for skolerne at undervise emner vedrørende klima og klima modellering. Der er også undervisningsmateriale til rådighed til brug i Key Stage 3/4 Videnskab, A-niveau Fysik, Key Stage 3/4 Matematik, Key Stage 3/4 Geografi, 21st Century Science, Science for Public Understanding, brug af matematik, Primary.

Den oprindelige model

Det første forsøg køres med HadSM3, som er HadAM3 atmosfæren fra HadCM3 model, men med kun en "hærde" ocean snarere end hele det dynamiske havet. Dette er hurtigere end den fulde model, men mangler dynamiske feedbacks fra havet, som er indarbejdet i den fulde koblede-ocean-atmosfære modeller, der anvendes til at foretage fremskrivninger af klimaændringer ud til 2100.

Hver hentede model leveres med en lille variation i de forskellige modelparametre.

Der er en indledende "kalibrering fase" på 15 model år, hvor modellen beregner "flux korrektion"; ekstra ocean-atmosfære flusmidler, der er nødvendige for at holde modellen havet i balance.

Så er der en "kontrol fase" på 15 år, hvor havtemperaturer har lov til at variere. Fluxen korrektion burde holde modellen stabil, men feedbacks udviklet i nogle af kørslerne. Der er en kvalitetskontrol, baseret på de årlige gennemsnitlige temperaturer og modeller, som ikke denne kontrol kasseres.

Så er der en "dobbelt CO2-fase", hvor CO2-indholdet er øjeblikkeligt fordoblet, og den model, køre i yderligere 15 år, som i nogle tilfælde ikke er helt tilstrækkelig model tid til at slå sig ned til en ny ligevægt. I denne fase nogle modeller, der er produceret fysisk urealistiske resultater blev igen kasseret.

De kvalitetskontroller i kontrol og 2 * CO2 faser var ganske svage: de er tilstrækkelige til at udelukke naturligvis unphysical modeller, men omfatter ikke en test af simulering af den sæsonmæssige cyklus; dermed nogle af de beståede modeller kan stadig være urealistisk. Yderligere kvalitetskontrol foranstaltninger er under udvikling.

Temperaturen i en fordobling af CO2 fase eksponentielt ekstrapoleres til at arbejde ud ligevægtstemperaturen. Temperaturforskel mellem denne og den kontrol fasen giver derefter et mål for klima følsomhed af denne særlige version af modellen.

Visualiseringer

Mest distribuerede computing-projekter har screensavers til visuelt at indikere aktiviteten af ​​ansøgningen, men som de normalt ikke viser sine resultater, da de er ved at blive beregnet. Derimod anvender climateprediction.net ikke blot en indbygget visualisering at vise klimaet i verden er modelleret, men det er interaktivt, der tillader forskellige aspekter af klima, der skal vises. Desuden er der andre, mere avancerede visualiseringsprogrammer der tillader brugeren at se mere af, hvad modellen gør, og at sammenligne forskellige kørsler og modeller.

Desværre som december 2008 er der ingen visualisering værktøj, der arbejder med de nyere CPDN modellerne. Hverken CPView eller Avanceret Visualisering blev opdateret så langt for at vise data indsamlet fra disse modeller. Så brugerne kan kun visualisere data via screensaver.

Den realtid desktop visualisering for modellen blev lanceret i 2003 blev udviklet af Jeremy Walton på NAG, så brugerne kan spore fremskridt af deres simulering som skydækket og temperaturændringer over overfladen af ​​kloden. Andre, mere avancerede visualisering programmer i brug omfatter CPView og IDL Avanceret Visualisering. De har lignende funktionalitet. CPView blev skrevet af Martin Sykes, en deltager i forsøget. Den IDL Avanceret Visualisering blev skrevet af Andy Dynger af University of Reading, og modificeret til at arbejde med BOINC version ved Tesella Support Services plc.

Kun CPView giver dig mulighed for at se på usædvanlige diagnostik, snarere end den sædvanlige temperatur, tryk, nedbør, sne og skyer. Op til 5 sæt data kan vises på et kort. Det har også en bredere vifte af funktioner som Max, Min, yderligere hukommelsesfunktioner og andre funktioner.

Avanceret Visualisering har funktioner til grafer af lokalområder og i løbet af 1 dag, 2 dage og 7 dage, samt de mere almindelige grafer af sæsonen og årlige gennemsnit. Der er også Latitude - Højde plots og Time - Højde plots.

Download størrelse er meget mindre for CPView og CPView fungerer med Windows 98. Kørsel af visualisering / screensaver kan sinke behandlingen og anbefales ikke til at blive brugt hele tiden.

  0   0
Forrige artikel Charles Lutaud
Næste artikel Kaptajn Sky

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha