klimatprediction.net
 | |
 klimatförutsägelse .net skärmsläckare
| |
| Utvecklare | Oxford universitet |
|---|---|
| Initial release | 12 september 2003 |
| Utvecklingsstatus | Aktiva |
| Operativ system | Cross-plattform |
| Plattform | BOINC |
| Licens | Proprietär |
| Genomsnittlig prestanda | 78,8 TFLOPS |
| Aktiva användare | 7,516 |
| Totalt antal användare | 305,577 |
| Aktiva värdar | 10 275 |
| Totalt värdar | 652,792 |
| Hemsida | |
. klimatförutsägelse .net ( CPDN ) är ett frivilligt datorprojekt för att undersöka och minska osäkerheter i klimatmodellering Syftet är att göra detta genom att köra hundratusentals olika modeller (en stor klimatensemble ) med hjälp av den donerade vilotiden för vanliga persondatorer , vilket leder till en bättre förståelse för hur modeller påverkas av små förändringar i de många parametrar som man vet påverkar det globala klimatet.
Projektet bygger på BOINC- ramverket där frivilliga deltagare går med på att köra vissa processer av projektet på klientsidan i sina persondatorer efter att ha fått uppgifter från serversidan för behandling.
CPDN, som främst drivs av Oxford University i England , har utnyttjat mer datorkraft och genererat mer data än något annat klimatmodelleringsprojekt. Den har producerat över 100 miljoner årsmodeller av data hittills. I juni 2016 finns det mer än 12 000 aktiva deltagare från 223 länder med en total BOINC-kredit på mer än 27 miljarder, vilket rapporterar cirka 55 teraflops (55 biljoner operationer per sekund) processorkraft.
Mål
Syftet med klimatförutsägelsen .net -projektet är att undersöka osäkerheterna i olika parametreringar som måste göras i toppmoderna klimatmodeller. Modellen körs tusentals gånger med små störningar av olika fysikparametrar (en 'stor ensemble ') och projektet undersöker hur modellens utdata förändras. Dessa parametrar är inte kända exakt, och variationerna ligger inom vad som subjektivt anses vara ett rimligt intervall. Detta kommer att göra det möjligt för projektet att förbättra förståelsen för hur känsliga modellerna är för små förändringar och även för saker som förändringar i koldioxid- och svavelkretsloppet . Tidigare har uppskattningar av klimatförändringar behövt göras med hjälp av en eller i bästa fall en mycket liten ensemble (tiotals snarare än tusentals) modellkörningar. Genom att använda deltagarnas datorer kommer projektet att kunna förbättra förståelsen för och förtroendet för klimatförändringsförutsägelser mer än vad som någonsin skulle vara möjligt med de superdatorer som för närvarande är tillgängliga för forskare.
Klimatförutsägelsen .net-experimentet är avsett att hjälpa till att "förbättra metoder för att kvantifiera osäkerheter i klimatprognoser och -scenarier , inklusive långsiktiga ensemblesimuleringar med hjälp av komplexa modeller", som identifierades av Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 2001 som en hög prioritet . Förhoppningsvis kommer experimentet att ge beslutsfattare en bättre vetenskaplig grund för att ta itu med ett av 2000-talets största potentiella globala problem.
Som framgår av grafen ovan har de olika modellerna en ganska bred fördelning av resultat över tid. För varje kurva, längst till höger, finns en stapel som visar det slutliga temperaturintervallet för motsvarande modellversion. Ju längre in i framtiden modellen utvidgas, desto större är skillnaderna mellan dem. Ungefär hälften av variationen beror på det framtida klimatpåtvingande scenariot snarare än på osäkerheter i modellen. Varje minskning av dessa variationer, vare sig från bättre scenarier eller förbättringar i modellerna, önskas. . klimatförutsägelse .net arbetar med modellosäkerheter, inte scenarierna
För närvarande kan forskare köra modeller och se att x% av modellerna värmer y grader som svar på z klimatpåverkan, men är osäkra på om x% är en bra representation av sannolikheten för att det ska hända i den verkliga världen. Vissa modeller kommer att vara bra och andra dåliga på att producera tidigare klimat när de ges tidigare klimatpåverkan och initiala förhållanden (a hindcast ). Det är vettigt att lita på de modeller som är bra på att återskapa det förflutna mer än de som gör det dåligt. Därför kommer modeller som går dåligt att viktas ner.
Experimenten
De olika modellerna som klimatförutsägelse .net har och kommer att distribuera beskrivs nedan i kronologisk ordning. Därför kommer sannolikt alla som har gått med nyligen att köra den transientkopplade modellen .
- Classic Slab Model - Det ursprungliga experimentet inte under BOINC . Se #Originalmodellen för ytterligare detaljer. Denna modell används endast för den korta OU-kursen.
- BOINC Slab Model - Samma som den klassiska Slab Model , men släppt under BOINC .
- ThermoHaline Circulation (THC) Model - En undersökning av hur klimatet kan förändras vid en minskning av styrkan i den T hermo H aline cirkulationen . Detta experiment har nu stängts för nya deltagare eftersom de har tillräckligt med resultat. Det var en fyrfasmodell på totalt 60 årsmodeller. De första tre faserna var identiska med ovanstående skivmodeller . Den fjärde fasen införde effekterna av en 50-procentig nedgång i Thermohaline-cirkulationen genom att påtvinga SST- förändringar i norra Atlanten som härrör från andra körningar.
- Sulphur Cycle Model - En undersökning av effekten av sulfataerosoler på klimatet. Experimentet kommer att modellera svavel i ett antal sammansatta former, inklusive dimetylsulfid och sulfataerosoler. Detta experiment startade i augusti 2005 och var ett förutsättningskrav för Hindcast . Det är en 5-fasmodell på totalt 75 årsmodeller. Tidssteg är cirka 70 % längre, vilket gör modellen cirka 2,8 gånger längre än den ursprungliga plattmodellen. Även om några modeller fortfarande lurar, har modellen inte getts ut sedan 2006.
- Coupled Spin-Up Model - Inkludering av oceaniska influenser i grundmodellen på ett mer dynamiskt och realistiskt sätt än den ursprungliga Slab-modellen . Detta var ett förhandskrav för Hindcast . Detta har slutförts och, som planerat, släpptes det inte offentligt. De snabbaste 200 - 500 datorerna bjöds in att gå med eftersom det är en 200-årsmodell och resultat behövdes i februari 2006 för lanseringen av transient kopplad modell .
- Transient kopplad modell - Denna omfattar en 80-års hindcast och en 80-års prognos . Hindcasten är att testa hur bra modellerna presterar när de återskapar klimatet 1920 till 2000. Den lanserades februari 2006 under BBC Climate Change Experiment- varumärket och släpptes senare också från CPDN-webbplatsen.
- Seasonal Attribution Project - Detta är en högupplöst modell för ett enstaka årsmodell för att titta på extrema nederbördshändelser. Detta experiment är mycket kortare på grund av dess enda årsmodell, men det finns 13,5 gånger så många celler och tidssteg är bara 10 minuter istället för 30 minuter. extra upplösning innebär att den kräver minst 1,5 gigabyte RAM . Den använder klimatmodellen HadAM3-N144.
Historia
Myles Allen tänkte först på behovet av stora klimatensembler 1997, men introducerades först till framgången med SETI@home 1999. Det första finansieringsförslaget i april 1999 avvisades som fullständigt orealistiskt.
Efter en presentation vid Världsklimatkonferensen i Hamburg i september 1999 och en kommentar i Nature i oktober 1999, skrev tusentals upp sig till detta förmenta omedelbart tillgängliga program. Dot -com-bubblan som sprack hjälpte inte och projektet insåg att de skulle behöva göra det mesta av programmeringen själva istället för att lägga ut det på entreprenad.
Det lanserades 12 september 2003 och den 13 september 2003 överskred projektet Earth Simulators kapacitet för att bli världens största klimatmodelleringsanläggning.
Lanseringen 2003 erbjöd bara en "klassisk" Windows -klient. Den 26 augusti 2004 lanserades en BOINC- klient som stödde Windows, Linux och Mac OS X -klienter. "Classic" kommer även fortsättningsvis att finnas tillgänglig under ett antal år till stöd för Open University- kursen. BOINC har slutat distribuera klassiska modeller till förmån för svavelcykelmodeller. En mer användarvänlig BOINC-klient och webbplats som heter GridRepublic, som stöder klimatförutsägelser .net och andra BOINC-projekt, släpptes i beta 2006.
Ett experiment för avmattning av cirkulationen med termohalin lanserades i maj 2004 under det klassiska ramverket för att sammanfalla med filmen The Day After Tomorrow . Det här programmet kan fortfarande köras men är inte längre nedladdningsbart. Den vetenskapliga analysen har skrivits upp i Nick Faulls avhandling. En uppsats om avhandlingen återstår att slutföra. Det finns ingen ytterligare planerad forskning med denna modell.
En svavelcykelmodell lanserades i augusti 2005. De tog längre tid att färdigställa än originalmodellerna eftersom de hade fem faser istället för tre. Varje tidssteg var också mer komplicerat.
I november 2005 uppgick antalet slutförda resultat till 45 914 klassiska modeller, 3 455 termohalinmodeller, 85 685 BOINC-modeller och 352 svavelcykelmodeller. Detta representerade över 6 miljoner bearbetade modellår.
I februari 2006 gick projektet vidare till mer realistiska klimatmodeller. BBC:s klimatförändringsexperiment lanserades och lockade cirka 23 000 deltagare den första dagen. Den övergående klimatsimuleringen introducerade realistiska hav. Detta gjorde det möjligt för experimentet att undersöka förändringar i klimatresponsen när klimatkrafterna förändras, snarare än ett jämviktssvar på en betydande förändring som en fördubbling av koldioxidnivån . Därför har experimentet nu gått vidare till att göra en hindcast på 1920 till 2000 samt en prognos på 2000 till 2080. Denna modell tar mycket längre tid.
BBC gav projektet publicitet med över 120 000 deltagande datorer under de första tre veckorna .
I mars 2006 släpptes en högupplöst modell som ett annat projekt, Seasonal Attribution Project .
I april 2006 visade det sig att de kopplade modellerna hade ett datainmatningsproblem. Verket var användbart för ett annat syfte än det annonserade. Nya modeller fick delas ut.
Resultat hittills
De första resultaten av experimentet publicerades i Nature i januari 2005 och visar att med endast små förändringar av parametrarna inom rimliga intervall kan modellerna visa klimatkänsligheter från mindre än 2 °C till mer än 11 °C. De högre klimatkänsligheterna har utmanats som osannolika. Till exempel av Gavin Schmidt (en klimatmodellerare vid NASA Goddard Institute for Space Studies i New York).
Förklaring
Klimatkänslighet definieras som jämviktssvaret av den globala medeltemperaturen på fördubblade nivåer av koldioxid. Nuvarande nivåer av koldioxid är cirka 420 ppm och växer med en hastighet av 1,8 ppm per år jämfört med förindustriella nivåer på 280 ppm. [ citat behövs ]
Klimatkänsligheter över 5 °C är allmänt accepterade som katastrofala. Möjligheten att så höga känsligheter är rimliga med tanke på observationer hade rapporterats innan klimatförutsägelsen .net -experimentet men "det här är första gången GCM har producerat sådant beteende".
Även modellerna med mycket hög klimatkänslighet visade sig vara "lika realistiska som andra toppmoderna klimatmodeller". Testet av realism gjordes med ett rotmedelkvadratfeltest. Detta kontrollerar inte realismen av säsongsmässiga förändringar och det är möjligt att fler diagnostiska åtgärder kan sätta starkare begränsningar för vad som är realistiskt. Förbättrade realismtester håller på att utvecklas.
Det är viktigt för experimentet och målet att erhålla en sannolikhetsfördelningsfunktion (pdf) av klimatutfall att få ett mycket brett spektrum av beteenden även om så bara för att utesluta vissa beteenden som orealistiska. Större uppsättningar av simuleringar har mer tillförlitliga pdf-filer. Därför ingår modeller med så hög klimatkänslighet som 11 °C trots deras begränsade noggrannhet. Svavelcykelexperimentet kommer sannolikt att utöka intervallet nedåt.
Piani et al. (2005)
Denna artikel publicerades i Geophysical Review Letters och avslutar:
När en internt konsekvent representation av ursprunget för modell-dataavvikelser används för att beräkna sannolikhetstäthetsfunktionen för klimatkänslighet, är 5:e och 95:e percentilen 2,2 K respektive 6,8 K. Dessa resultat är känsliga, särskilt den övre gränsen, för representationen av ursprunget till modelldataavvikelser.
Använd i utbildning
Det finns en kortkurs för Open University och läromedel för skolor för att undervisa i ämnen som rör klimat- och klimatmodellering. Det finns också läromedel tillgängligt för användning i Key Stage 3/4 Science, A level Physics (Advanced Physics), Key Stage 3/4 Mathematics, Key Stage 3/4 Geography, 21st Century Science, Science for Public Understanding, Use of Mathematics , Primär.
Originalmodellen
Det ursprungliga experimentet körs med HadSM3 , som är HadAM3- atmosfären från HadCM3- modellen men med bara ett "platta" hav snarare än ett helt dynamiskt hav. Detta är snabbare (och kräver mindre minne) än den fullständiga modellen, men saknar dynamisk återkoppling från havet, som är inkorporerad i de fullständiga kopplade ocean-atmosfärsmodellerna som används för att göra prognoser av klimatförändringar fram till 2100.
Varje nedladdad modell kommer med en liten variation i de olika modellparametrarna .
I den inledande "kalibreringsfasen" på 15 årsmodeller beräknar modellen "flödeskorrigeringen"; extra ocean-atmosfär-flöden som behövs för att hålla modellhavet i balans (modellhavet inkluderar inte strömmar; dessa flöden ersätter i viss mån värmen som skulle transporteras av de saknade strömmarna).
I "kontrollfasen" på 15 år tillåts havstemperaturerna variera. Fluxkorrigeringen borde hålla modellen stabil, men återkopplingar utvecklades i några av körningarna. Det finns en kvalitetskontroll, baserad på de årliga medeltemperaturerna, och modeller som inte klarar denna kontroll kasseras.
I "dubbel CO 2 -fasen" fördubblas CO 2 -halten omedelbart och modellen körs i ytterligare 15 år, vilket i vissa fall inte är tillräckligt med modelltid för att komma till rätta med en ny (varmare) jämvikt . I denna fas kasserades återigen vissa modeller som gav fysiskt orealistiska resultat.
Kvalitetskontrollerna i kontroll- och 2*CO 2 -faserna var ganska svaga: de räcker för att utesluta uppenbart opysiska modeller men inkluderar inte (till exempel) ett test av simuleringen av säsongscykeln; därför kan vissa av de godkända modellerna fortfarande vara orealistiska. Ytterligare kvalitetskontrollåtgärder håller på att utvecklas.
Temperaturen i den fördubblade CO 2 -fasen extrapoleras exponentiellt för att beräkna jämviktstemperaturen. Skillnad i temperatur mellan denna och styrfasen ger då ett mått på klimatkänsligheten för just den versionen av modellen.
Visualiseringar
Många frivilliga datorprojekt har skärmsläckare för att visuellt indikera programmets aktivitet, men de visar vanligtvis inte dess resultat när de beräknas. Däremot använder klimatförutsägelse .net inte bara en inbyggd visualisering för att visa klimatet i världen som modelleras, utan det är interaktivt vilket gör att olika aspekter av klimatet (temperatur, nederbörd, etc.) kan visas. Dessutom finns det andra, mer avancerade visualiseringsprogram som gör att användaren kan se mer av vad modellen gör (oftast genom att analysera tidigare genererade resultat) och att jämföra olika körningar och modeller.
Desktopvisualiseringen i realtid för modellen som lanserades 2003 utvecklades av Jeremy Walton på NAG , vilket gör det möjligt för användare att spåra framstegen i sin simulering när molntäcket och temperaturen ändras över jordklotet. Andra, mer avancerade visualiseringsprogram som används inkluderar CPView och IDL Advanced Visualization . De har liknande funktionalitet. CPView skrevs av Martin Sykes, en deltagare i experimentet. IDL Advanced Visualization skrevs av Andy Heaps från University of Reading ( UK ) och modifierades för att fungera med BOINC-versionen av Tesella Support Services plc.
Endast CPView låter dig titta på ovanlig diagnostik, snarare än den vanliga temperatur, tryck, regn, snö och moln. Upp till 5 uppsättningar data kan visas på en karta. Den har också ett bredare utbud av funktioner som Max, Min, ytterligare minnesfunktioner och andra funktioner.
Den avancerade visualiseringen har funktioner för grafer över lokala områden och över 1 dag, 2 dagar och 7 dagar, såväl som de mer vanliga graferna över säsong och årsgenomsnitt (vilket båda paketen gör). Det finns också latitud - höjdplotter och tid - höjdplotter.
Nedladdningsstorleken är mycket mindre för CPView och CPView fungerar med Windows 98 .
I december 2008 finns det inget visualiseringsverktyg som fungerar med de nyare CPDN-modellerna. Varken CPView eller Advanced Visualization har uppdaterats för att visa data som samlats in från dessa modeller. Så användare kan bara visualisera data via skärmsläckaren.
BBC:s klimatförändringsexperiment
BBC Climate Change Experiment var ett BOINC -projekt som leddes av Oxford University med flera partners, inklusive UK Met Office , BBC , Open University och Reading University . Det är den övergående kopplade modellen för projektet climateprediction.net.
Många deltagare gick med i projektet med över 120 000 personer som registrerade sig i team.
Resultaten fortsatte att samlas in under en tid med det uppföljande tv-programmet som sändes i januari 2007. Den 8 mars 2009 förklarade klimatförutsägelsen .net officiellt att BBC:s klimatförändringsexperiment var avslutat, innan projektet lades ner.
Se även
externa länkar
-
Officiell hemsida
- Statistik för klimatförutsägelse .net
- på YouTube
- "climateprediction.net" . BOINC Radioprojektkort (Podcast).
