Climateprediction.net - Climateprediction.net

Climateprediction.net
Climateprediction dot net logo.png
Разработчики)Оксфордский университет
изначальный выпуск12 сентября 2003 г. (2003-09-12)
Статус разработкиАктивный
Операционная системаКроссплатформенность
ПлатформаBOINC
Лицензияпроприетарный[1]
Средняя производительность78.8 TFLOPS[2]
Активные пользователи7,516
Всего пользователей305,577[2]
Активные хосты10,275[2]
Всего хостов652,792[2]
Интернет сайтwww.climateprediction.сеть

Climateprediction.net (CPDN) это распределенных вычислений проект по исследованию и снижению неопределенностей в моделирование климата. Он стремится сделать это, запустив сотни тысяч различных моделей (большой климатический ансамбль ) используя подаренный простой обычных персональные компьютеры, что приводит к лучшему пониманию того, как на модели влияют небольшие изменения во многих параметры известно, что влияет на глобальный климат.[3]

Проект опирается на волонтерские вычисления модель с использованием BOINC структура, в которой добровольные участники соглашаются запускать некоторые процессы проекта на сторона клиента на своих персональных компьютерах после получения задач от на стороне сервера для лечения.

CPDN, ​​которым в основном управляет Оксфордский университет в Англия, задействовал больше вычислительных мощностей и сгенерировал больше данных, чем любой другой проект моделирования климата.[4] На данный момент он собрал данные за более чем 100 миллионов модельных лет.[5] По состоянию на июнь 2016 г., более 12 000 активных участников из 223 стран с общим BOINC кредит более 27 миллиардов, сообщая о 55 терафлопс (55 триллионов операций в секунду) вычислительной мощности.[6]

Цели

График IPCC диапазонов неопределенности с различными моделями во времени. Climateprediction.net стремится уменьшить диапазоны и предоставлять более точную информацию о вероятности.

Целью проекта Climateprediction.net является исследование неопределенностей в различных параметризациях, которые должны быть выполнены в современных климатических моделях.[7] Модель запускается тысячи раз с небольшими отклонениями от различных физических параметров (большой ансамбль '), и проект исследует, как изменяются выходные данные модели. Эти параметры точно не известны, и отклонения находятся в пределах того, что субъективно считается допустимым диапазоном. Это позволит проекту лучше понять, насколько чувствительны модели к небольшим изменениям, а также к таким вещам, как изменения в углекислый газ и цикл серы. В прошлом оценки изменения климата приходилось делать с использованием одного или, в лучшем случае, очень небольшого набора (десятки, а не тысячи) прогонов модели. Используя компьютеры участников, проект сможет улучшить понимание и уверенность в прогнозах изменения климата больше, чем когда-либо было бы возможно с использованием суперкомпьютеров, доступных в настоящее время ученым.

Эксперимент Climateprediction.net должен помочь «улучшить методы количественной оценки неопределенностей климатических прогнозов и сценариев, включая долгосрочное ансамблевое моделирование с использованием сложных моделей», как было определено межправительственная комиссия по изменению климата (IPCC) в 2001 году в качестве первоочередной задачи. Будем надеяться, что этот эксперимент даст лицам, принимающим решения, лучшую научную основу для решения одной из самых больших потенциальных глобальных проблем 21 века.

Как показано на графике выше, различные модели имеют довольно широкое распределение результатов во времени. Для каждой кривой справа есть полоса, показывающая конечный диапазон температур для соответствующей версии модели. Как вы можете видеть и ожидать, чем дальше в будущее расширяется модель, тем больше расхождения между ними. Примерно половина вариации зависит от будущего климатическое воздействие сценарий а не неопределенности в модели. Требуется любое сокращение этих вариаций, будь то лучшие сценарии или улучшения в моделях. Climateprediction.net работает над неопределенностями модели, а не над сценариями.

Суть проблемы в том, что ученые могут запускать модели и видеть, что x% моделей нагреваются на y градусов в ответ на z климатических воздействий, но как мы можем узнать, что x% - хорошее представление о вероятности того, что происходит в реальном мире. ? Ответ заключается в том, что ученые не уверены в этом и хотят повысить уровень уверенности, которого можно достичь. Некоторые модели будут хорошими, а некоторые - плохими при воспроизведении прошлого климата с учетом прошлых климатических воздействий и начальных условий ( ретроспективный прогноз ). Имеет смысл больше доверять моделям, которые хорошо умеют воссоздавать прошлое, чем тем, которые плохо справляются. Следовательно, модели с плохими результатами будут иметь меньший вес.[3][8]

Эксперименты

Climateprediction.net заставка под BOINC 5.4.9

Различные модели, которые Climateprediction.net имеет и будет распространять, подробно описаны ниже в хронологическом порядке. Следовательно, любой, кто присоединился недавно, скорее всего, будет управлять Переходная связанная модель.

  • Классический Модель плиты - Исходный эксперимент не ниже BOINC. Видеть # Оригинальная модель для получения дополнительной информации. Эта модель остается в использовании исключительно для краткого курса OU.[9]
  • BOINC Модель плиты - То же, что и классический Модель плиты, но выпущен под BOINC.
  • ThermoHaline Circulation Модель (THC) - Исследование того, как климат может измениться в случае уменьшения силы ТHermoЧАСалин Cиркуляция. Этот эксперимент теперь закрыт для новых участников, так как они дали достаточные результаты. Это было четырехфазная модель всего 60 модельных лет. Первые три фазы были идентичны вышеуказанным. Модели плит. Четвертая фаза привела к 50% замедлению термохалинной циркуляции за счет введения SST изменения в Северной Атлантике произошли от других прогонов.[10]
  • Модель серного цикла - Исследование влияния сульфатных аэрозолей на климат. Эксперимент моделирует сера в ряде сложных форм, включая диметилсульфид и сульфатные аэрозоли.[11] Этот эксперимент начался в августе 2005 г. и являлся предварительным требованием для Ретроспективный прогноз. Это 5-фазная модель, рассчитанная на 75 лет. Временной шаг примерно на 70% длиннее, что делает модель примерно в 2,8 раза длиннее, чем исходная модель плиты.[12] Хотя некоторые модели все еще обманывают, модель не выпускается с 2006 года.[13]
  • Совместная модель Spin-Up - Включение океанических влияний в базовую модель более динамично и реалистично, чем в исходной Модель плиты. Это было предварительным требованием для Ретроспективный прогноз. Это было завершено и, как и планировалось, не было опубликовано. 200–500 самых быстрых компьютеров были приглашены присоединиться, потому что это 200-летняя модель, и результаты были необходимы к февралю 2006 г. Переходная связанная модель запуск.
  • Переходная связанная модель - Это 80-летний Ретроспективный прогноз и 80-летний Прогноз. В Ретроспективный прогноз это проверить, насколько хорошо модели воссоздают климат 1920–2000 годов.[14] Он был запущен в феврале 2006 года под BBC Climate Change Experiment брендинг, а затем также выпущен с сайта CPDN.
  • Проект сезонной атрибуции - Это модель с высоким разрешением для одного модельного года, позволяющая рассматривать экстремальные осадки. Этот эксперимент намного короче из-за одного модельного года, но количество ячеек в 13,5 раз больше, а временные шаги составляют всего 10 минут вместо 30 минут. Это дополнительное разрешение означает, что требуется не менее 1,5 Гигабайт из баран. Он использует климатическую модель HadAM3-N144.[15]

История

Майлз Аллен первая мысль о необходимости большого Климатические ансамбли в 1997 году, но был представлен только успеху SETI @ home в 1999 году. Первое предложение о финансировании в апреле 1999 года было отклонено как совершенно нереалистичное.

После презентации на Всемирная климатическая конференция в Гамбург в сентябре 1999 г. и комментарий в Природа[16] в октябре 1999 года тысячи людей подписались на эту якобы скоро доступную программу. В Пузырь доткомов Bursting не помог, и проект понял, что большую часть программирования придется выполнять самостоятельно, а не отдавать на аутсорсинг.

Он был запущен 12 сентября 2003 года, а 13 сентября 2003 года проект превысил пропускную способность Симулятор Земли стать крупнейшим в мире центром моделирования климата.

Запуск 2003 года предлагал только Windows «классический» клиент. 26 августа 2004 г. BOINC был запущен клиент, поддерживающий Windows, Linux и Mac OS X клиентов. "Classic" будет по-прежнему доступен в течение ряда лет в поддержку Открытый университет курс. BOINC прекратил распространение классических моделей в пользу моделей с серным циклом. Более удобный клиент и веб-сайт BOINC под названием GridRepublic, который поддерживает прогнозирование климата и другие проекты BOINC, был выпущен в бета-версии в 2006 году.

А термохалинная циркуляция Эксперимент по замедлению был запущен в мае 2004 года в классических рамках, совпадающих с фильмом. Послезавтра. Эту программу можно запустить, но ее больше нельзя загрузить. Научный анализ был написан в Ник Фаулл тезис. Работа над диссертацией еще не завершена. Дальнейших исследований по этой модели нет.

А модель цикла серы был запущен в августе 2005 года. Их завершение заняло больше времени, чем исходные модели, из-за наличия пяти этапов вместо трех. Каждый временной шаг был сложнее.

К ноябрю 2005 года количество завершенных результатов составило 45 914 классических моделей, 3455 термохалинных моделей, 85 685 моделей BOINC и 352 модели серного цикла. Это составляет более 6 миллионов обработанных модельных лет.

В феврале 2006 года проект перешел к более реалистичным климатическим моделям. Эксперимент BBC по изменению климата[17] был запущен, собрав около 23 000 участников в первый день. В моделирование переходного климата представили реалистичные океаны. Это позволило экспериментально исследовать изменения в реакции климата как климатические воздействия изменения, а не реакция равновесия на существенное изменение, такое как удвоение углекислый газ уровень. Таким образом, эксперимент теперь перешел к ретроспективному прогнозу с 1920 по 2000 год, а также к прогнозу с 2000 по 2080 год. Эта модель занимает гораздо больше времени.

В BBC предоставил проекту широкую огласку с участием более 120 000 компьютеров в первые три недели.

В марте 2006 года в качестве еще одного проекта была выпущена модель с высоким разрешением - Проект сезонной атрибуции.

В апреле 2006 года в связанных моделях была обнаружена проблема ввода данных. Работа была полезна для другой цели, нежели рекламируемая. Пришлось раздавать новые модели.[18][19]

Результаты на сегодняшний день

Первые результаты эксперимента опубликованы в Природа в январе 2005 г., показав, что при лишь незначительных изменениях параметров в пределах правдоподобных диапазонов модели могут показать чувствительность климата от менее 2 ° C до более 11 ° C.[20] Более высокая чувствительность климата была названа неправдоподобной. Например, Гэвином Шмидтом (специалистом по моделированию климата в Институте космических исследований имени Годдарда НАСА в Нью-Йорке).[21]

Объяснение

Чувствительность климата определяется как равновесная реакция средней глобальной температуры на удвоение уровня углекислого газа. Текущие уровни углекислого газа составляют около 390 частей на миллион и растут со скоростью 1,8 частей на миллион в год по сравнению с доиндустриальными уровнями в 280 частей на миллион.

Чувствительность климата выше 5 ° C широко считается катастрофой.[22] О возможности того, что такая высокая чувствительность является правдоподобной с учетом наблюдений, сообщалось до эксперимента Climateprediction.net, но «это впервые GCM вызвали такое поведение ".[20]

Было обнаружено, что даже модели с очень высокой чувствительностью климата «столь же реалистичны, как и другие современные климатические модели». Проверка реалистичности была проведена с помощью теста среднеквадратичной ошибки. Это не проверяет реалистичность сезонных изменений, и возможно, что дополнительные диагностические меры могут наложить более сильные ограничения на то, что является реалистичным. Разрабатываются тесты повышенной реалистичности.

Это важно для эксперимента и цели получения функция распределения вероятностей (pdf) климатических результатов, чтобы получить очень широкий спектр поведения, даже если только исключить некоторые виды поведения как нереалистичные. Большие наборы симуляций имеют более надежные PDF-файлы. Поэтому включены модели с чувствительностью климата до 11 ° C, несмотря на их ограниченную точность. Эксперимент с циклом серы, вероятно, расширит диапазон в меньшую сторону.

Пиани и другие. (2005)

Этот документ, опубликованный в Geophysical Review Letters, заключает:

"Когда внутренне непротиворечивое представление о происхождении расхождений модели и данных используется для расчета функции плотности вероятности чувствительности климата, 5-й и 95-й процентили составляют 2,2 К и 6,8 К соответственно. Эти результаты чувствительны, особенно к верхней границе, к представление причин расхождения данных модели ».[23]

Использование в образовании

Существует Открытый университет краткий курс[9] и учебный материал[24] доступны для школ для преподавания предметов, связанных с климатом и моделированием климата. Также имеются учебные материалы для использования в следующих дисциплинах: естественные науки ключевого уровня 3/4, физика уровня A (продвинутая физика), математика ключевого уровня 3/4, география ключевого этапа 3/4, наука 21 века, наука для всеобщего понимания, использование математики. , Начальный.

Оригинальная модель

Исходный эксперимент проводится с HadSM3, какой HadAM3 атмосфера из HadCM3 модель, но только с океаном-пластиной, а не с полным динамическим океаном. Это быстрее (и требует меньше памяти), чем полная модель, но в нем отсутствуют динамические обратные связи от океана, которые включены в полные связанные модели океана и атмосферы, используемые для прогнозирования изменения климата до 2100 года.

Каждая загруженная модель имеет небольшие вариации в разных моделях. параметры.

На начальной «фазе калибровки» в 15 модельных лет модель рассчитывает «поправку на поток»; дополнительные потоки океан-атмосфера, которые необходимы для поддержания баланса модельного океана (модельный океан не включает течения; эти потоки в некоторой степени заменяют тепло, которое переносилось бы отсутствующими течениями).

На «контрольной фазе» продолжительностью 15 лет температура океана может изменяться. Коррекция потока должна сохранять модель стабильной, но отзывы разработано в некоторых из тиражей. Существует проверка качества, основанная на среднегодовых температурах, и модели, не прошедшие эту проверку, выбрасываются.

В «двойном СО2 фаза », СО2 содержание мгновенно удваивается, и модель работает еще 15 лет, что в некоторых случаях не вполне достаточно модельного времени для установления нового (более теплого) равновесия. На этом этапе некоторые модели, которые давали физически нереалистичные результаты, снова были отброшены.

Контроль качества проверяет в контроле и 2 * СО2 фазы были довольно слабыми: их достаточно, чтобы исключить заведомо нефизические модели, но не включают (например) тест моделирования сезонного цикла; следовательно, некоторые из принятых моделей все еще могут быть нереалистичными. Разрабатываются дополнительные меры контроля качества.

Температура в удвоенном CO2 фаза экспоненциально экстраполируется для определения температуры равновесия. Разница в температуре между этой фазой и фазой контроля дает оценку чувствительность климата этой конкретной версии модели.

Визуализации

Большинство проектов распределенных вычислений имеют заставки для визуального обозначения активности приложения, но обычно они не показывают его результаты по мере их расчета. В отличие от этого, Climateprediction.net не только использует встроенную визуализацию для отображения климата моделируемого мира, но и является интерактивным, что позволяет отображать различные аспекты климата (температура, осадки и т. Д.). Кроме того, существуют другие, более продвинутые программы визуализации, которые позволяют пользователю больше видеть, что делает модель (обычно путем анализа ранее сгенерированных результатов) и сравнивать различные прогоны и модели.

CPView

Для модели, запущенной в 2003 году, была разработана настольная визуализация в реальном времени.[25] Джереми Уолтон в НАГ, позволяя пользователям отслеживать ход моделирования по мере изменения облачного покрова и температуры на поверхности земного шара. К другим, более продвинутым программам визуализации относятся: CPView и IDL Расширенная визуализация. У них схожая функциональность. CPView был написан Мартином Сайксом, участником эксперимента. IDL Advanced Visualization был написан Энди Хипсом из Университет Ридинга (Великобритания ) и модифицирован для работы с версией BOINC компанией Tesella Support Services plc.

Только CPView позволяет просматривать необычные диагностические данные, а не обычные значения температуры, давления, дождя, снега и облаков.[26] На карте можно отобразить до 5 наборов данных. Он также имеет более широкий набор функций, таких как Max, Min, дополнительные функции памяти и другие функции.

Расширенная визуализация имеет функции для графиков по местным территориям и за 1, 2 и 7 дней, а также для более обычных графиков сезонных и годовых средних значений (что есть в обоих пакетах). Есть также графики Широта - Высота и Время - Высота.

Размер загрузки намного меньше для CPView, и CPView работает с Windows 98.

По состоянию на декабрь 2008 года нет инструмента визуализации, который работал бы с новыми моделями CPDN. Ни CPView, ни Advanced Visualization не были обновлены для отображения данных, собранных с этих моделей. Таким образом, пользователи могут визуализировать данные только через заставку.

BBC Climate Change Experiment

Climateprediction.net заставка под BOINC 5.4.9

В BBC Climate Change Experiment был BOINC проект во главе с Оксфордский университет с несколькими партнерами, включая Великобританию Метеорологический офис, то BBC, то Открытый университет и Университет чтения. Это Переходная связанная модель проекта Climateprediction.net.

Многие участники присоединились к проекту, и более 120 000 человек записались в команды.[27]

Результаты продолжали собираться в течение некоторого времени, и в январе 2007 года была показана следующая телевизионная программа. 8 марта 2009 года Climateprediction.net официально объявил, что эксперимент BBC по изменению климата завершен, прежде чем закрыть проект.[28]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Лицензионное соглашение". www.climateprediction.net. Получено 2020-08-07.
  2. ^ а б c d "Статус проекта". Прогнозирование климата. 29 января 2020 г.. Получено 29 января 2020.
  3. ^ а б «О проекте». Climateprediction.net. Архивировано из оригинал на 2011-02-23. Получено 2011-02-20.
  4. ^ "BBC цитата Ника Фолла". Bbc.co.uk. 2007-01-21. Получено 2011-02-20.
  5. ^ «Климатический прогноз.net». tessella.com. Получено 2010-12-13.
  6. ^ «Подробная статистика по пользователям, хозяевам, командам и странам с графиками для BOINC». boincstats.com. Архивировано из оригинал на 2008-12-18. Получено 2016-06-29.
  7. ^ «Моделирование климата». Climateprediction.net. Архивировано из оригинал на 2009-02-04. Получено 2011-02-20.
  8. ^ BOINC Wiki Science Introduction, отредактированный Дэйв Фрейм В архиве 29 октября 2007 г. Wayback Machine
  9. ^ а б «Краткий курс Открытого университета». Climateprediction.net. В архиве из оригинала от 28 апреля 2007 г.
  10. ^ «О THC». Climateprediction.net. Архивировано из оригинал на 2009-02-27. Получено 2011-02-20.
  11. ^ «Эксперимент серного цикла». Climateprediction.net. Архивировано из оригинал на 2009-02-18. Получено 2011-02-20.
  12. ^ «Серный цикл». Climateprediction.net. Архивировано из оригинал на 2009-02-18. Получено 2011-02-20.
  13. ^ "Статистика проекта". Climateapps2.oucs.ox.ac.uk. Архивировано из оригинал на 2011-07-02. Получено 2011-02-20.
  14. ^ «Стратегия - см. Эксперимент 2». Climateprediction.net. Архивировано из оригинал на 2009-08-23. Получено 2011-02-20.
  15. ^ SAP - О компании В архиве 6 марта 2008 г. Wayback Machine
  16. ^ «Прогноз климата своими руками» (PDF). 14 октября 1999 г. Архивировано с оригинал (PDF) на 2005-04-06. Получено 2005-07-31.
  17. ^ "Climateprediction.net - Эксперимент BBC по изменению климата". Bbc.cpdn.org. 2007-05-20. Архивировано из оригинал на 2011-02-24. Получено 2011-02-20.
  18. ^ myles »19 апреля 2006 г., среда, 16:20 (19 апреля 2006 г.). «Доска сообщений • Просмотр темы - Сообщение от главного исследователя по поводу проблемы апреля 2006 г.». Climateprediction.net. Архивировано из оригинал на 2011-05-25. Получено 2011-02-20.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  19. ^ "Горшечная история" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-12-01. Получено 2011-02-20.
  20. ^ а б Стейнфорт, Д. А .; Айна, Т .; Christensen, C .; Коллинз, М .; Faull, N .; Frame, D. J .; Kettleborough, J. A .; Knight, S .; Мартин, А .; Мерфи, Дж. М .; Piani, C .; Секстон, Д .; Smith, L.A .; Spicer, R.A .; Thorpe, A.J .; Аллен М. Р. (январь 2005 г.). «Неопределенность в прогнозах реакции климата на повышение уровня парниковых газов». Природа. 433 (7024): 403–406. Bibcode:2005Натура.433..403С. Дои:10.1038 / природа03301. PMID  15674288. S2CID  2547937.
  21. ^ «Климат менее чувствителен к парниковым газам, чем прогнозировалось, - говорится в исследовании». News.nationalgeographic.com. 2010-10-28. Получено 2011-02-20.
  22. ^ Сюй, Янъян; Раманатан, Вирабхадран (26 сентября 2017 г.). «Значительно ниже 2 ° C: стратегии смягчения последствий для предотвращения опасных или катастрофических изменений климата». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 114 (39): 10315–10323. Bibcode:2017PNAS..11410315X. Дои:10.1073 / pnas.1618481114. ЧВК  5625890. PMID  28912354.
  23. ^ Piani, C .; Frame, D. J .; Стейнфорт, Д. А .; Аллен, М. Р. (2005). «Ограничения на изменение климата от многомиллионного ансамбля моделирования» (PDF). Письма о геофизических исследованиях. 32 (23): L23825. Bibcode:2005GeoRL..3223825P. Дои:10.1029 / 2005GL024452. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-02-09.
  24. ^ «Ресурсы для школ». Climateprediction.net. Архивировано из оригинал на 2005-10-16. Получено 2005-07-21.
  25. ^ J.P.R.B. Уолтон; D. Рама; Д.А. Стейнфорт. О. Деуссен; К. Хансен; Д. Кейм; Д. Саупе (ред.). «Визуализация для моделирования климата с общедоступными ресурсами» (PDF). Визуализация данных 2004: 103–108. Архивировано из оригинал (PDF) на 2006-10-18. Получено 2006-07-31.
  26. ^ «Индекс данных». Users.globalnet.co.uk. 2004-08-17. Получено 2011-02-20.
  27. ^ Статус проекта BBC Climate Change Experiment на BOINCStats.com В архиве 14 декабря 2010 г. Wayback Machine
  28. ^ Эксперимент BBC завершен Официальный сайт Climateprediction.net Новости проекта

внешняя ссылка