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Simulador ClimateSim - Geociências

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Simulador ClimateSim - Geociências

Nova simulação prevê temperaturas médias mais altas da Terra em 2050 do que outros modelos

Evolução das incertezas nas projeções reconstruídas da temperatura média global. Imagem (c) Nature Geoscience (2012) doi: 10.1038 / ngeo1430

(PhysOrg.com) - Nos últimos anos, os pesquisadores construíram uma variedade de simulações de computador criadas para prever o clima da Terra no futuro. Mais recentemente, a maioria dos modelos sugeriu que, nos próximos cinquenta anos, veremos um aumento médio mundial na temperatura de talvez 1 & # 176C. Agora, um novo grupo de simulações, usando o poder de computação combinado de milhares de computadores pessoais, diz que esse número é muito baixo e que podemos ver as temperaturas subirem tanto quanto 3 & # 176C, o que, naturalmente, seria uma situação muito mais séria . As simulações, executadas por Climateprediction.net em conjunto com o Experimento de Mudança Climática da BBC, resultaram em previsões de um aumento na temperatura variando de 1,4 & # 176C a 3,0 & # 176C em 2050. A grande equipe envolvida no projeto publicou suas descobertas em Nature Geoscience.

Embora pouquíssimos cientistas do clima esperem que um aumento de 3 & # 176C destrua nosso modo de vida, essa mudança quase certamente resultaria em níveis oceânicos muito mais elevados, inundando permanentemente muitas áreas costeiras. Muitos também veem um aumento de 2 & # 176C, como o ponto de inflexão, ou ponto sem retorno, que pode em algum momento no futuro distante significar a ruína de nossa espécie, se não de nosso planeta. Muitos sugerem que tal aumento também pode ter um impacto profundo nos sistemas meteorológicos. Um estudo recente feito por uma equipe de pesquisadores e publicado em Nature Mudança Climática, relatórios sobre descobertas que sugerem padrões climáticos recentes já estão mostrando sinais de mudança devido ao aquecimento global. Uma maior incidência de tornados nos Estados Unidos, uma onda de calor na Rússia, inundações no Paquistão, etc. estão todos ligados a temperaturas elevadas.

O novo modelo de simulação de computador foi uma modificação de um já usado pela agência meteorológica do Reino Unido & # 8217s para prever mudanças de temperatura global. Ele foi modificado para levar em conta com mais precisão as emissões de carbono, a rapidez com que os oceanos absorvem calor e o calor refletido de volta para o espaço por aerossóis na atmosfera. A simulação foi então executada mais de 10.000 vezes em computadores pessoais oferecidos para serviço por usuários de computadores domésticos, cada um com parâmetros ligeiramente diferentes e cada um cobrindo o período de 1920 a 2080. Cada simulação também foi executada com a suposição de que as emissões de carbono continuariam a ser lançadas no atmosfera na mesma taxa que ocorre hoje. Depois que os dados foram recebidos de todas as simulações, os pesquisadores descartaram as descobertas que não faziam sentido em um sentido contextual. Dos restantes, nenhum mostrou um aumento de menos de 1 & # 176C sobre as temperaturas de apenas uma década atrás, enquanto quase 15% deles mostraram um aumento de até 3 & # 176C até o ano de 2050.

Embora esta nova simulação não seja uma prova definitiva de que as temperaturas em todo o mundo aumentarão tanto quanto o previsto nos próximos trinta e oito anos, é definitivamente um aviso de que nós, como espécie, estaríamos nos colocando em perigo se não encontrarmos uma maneira parar de bombear emissões de carbono na atmosfera mais cedo ou mais tarde.

Resumo
A compreensão incompleta de três aspectos do sistema climático & # 151equilíbrio, sensibilidade ao clima, taxa de absorção de calor do oceano e forçamento histórico dos aerossóis & # 151 e os processos físicos subjacentes a eles levam a incertezas em nossa avaliação da evolução da temperatura média global no século XXI1, 2. As explorações dessas incertezas até agora têm se baseado em abordagens de escala3, 4, grandes conjuntos de modelos climáticos simplificados1, 2 ou pequenos conjuntos de atmosfera acoplada complexa & # 150modelos de circulação geral oceânica5, 6 que sub-representam as incertezas nas principais propriedades do sistema climático derivadas de fontes independentes7, 8, 9. Aqui, apresentamos os resultados de um conjunto de física perturbada de vários mil membros de atmosfera acoplada transiente e simulações de modelo de circulação geral do oceano. Descobrimos que as versões do modelo que reproduzem as mudanças de temperatura da superfície observadas nos últimos 50 anos mostram aumentos de temperatura média global de 1,4 & # 1503 & # 8201K em 2050, em relação a 1961 & # 1501990, sob um cenário de forçamento de médio alcance. Esta faixa de aquecimento é amplamente consistente com a avaliação de especialistas fornecida pelo Painel Intergovernamental sobre Mudança Climática Quarto Relatório de Avaliação10, mas se estende para um aquecimento maior do que o observado em conjuntos de oportunidade5 tipicamente usados ​​para avaliações de impacto climático. De nossas simulações, concluímos que o aquecimento em meados do século XXI, que é mais forte do que as estimativas anteriores, é consistente com as recentes mudanças de temperatura observadas e um cenário de faixa média & # 145 sem mitigação & # 146 para emissões de gases de efeito estufa.


Brindes para professores de ciências

A National Science Teacher Association fornece um banco de dados com uma variedade de recursos gratuitos para você e sua sala de aula. Encontre esses recursos gratuitos no site de Brindes para Professores de Ciências da NSTA.

Esta exploração em estilo de jogo de nosso sistema solar usa dados reais da NASA e o movimento relativo de objetos no sistema solar. Desenvolvido para a NASA pela Arizona State University, o jogo permite que alunos do 6º ao 8º ano explorem nosso sistema solar da perspectiva do Sol e coletem dados em pequenos mundos. Os alunos observam o movimento de diferentes mundos para determinar sua localização no sistema solar e, a seguir, lançam sondas para pesquisar esses pequenos mundos para encontrar os esconderijos ocultos e coletar astrocoins. Ao fazer isso, os alunos desenvolvem entendimentos sobre o uso e as limitações de um modelo de sistema solar, bem como uma visão sobre a relação entre a velocidade relativa e a distância do objeto no sistema solar. Onde estão os mundos pequenos? suporta os padrões de aprendizagem NGSS e Common Core e é apropriado para uso em ambientes de aprendizagem formais e informais. Visite o site para acessar o jogo e os recursos do educador que o acompanham, como planos de aula e documentos com conexões específicas aos padrões de aprendizagem.

Os educadores podem acessar mais de 40 atividades e projetos para inspirar a gestão ambiental e envolver alunos do ensino fundamental e médio na proteção do meio ambiente. Os projetos envolvem a melhoria da qualidade do ar (No Idle Zone), conservando energia (Energy Audit), reduzindo o desperdício (Trash-Free Lunch Challenge), limitando o consumo de água (School-Wide Water Reduction), eliminando toxinas (Green Cleaning Supplies) ou enfatizando formas que promovem um planeta Terra saudável (Refeições sem Carne). As escolas participantes ganham distintivos para cada projeto verde concluído. As escolas que concluem cinco ou mais projetos ganham um Grau de Certificação Verde. (Observação: é necessário registro gratuito para acessar os projetos.)

Um simulador de mudanças climáticas baseado na web para alunos avançados do ensino médio e de graduação pode ser usado como um laboratório virtual em cursos de física e ciências ambientais. O aplicativo permite que os usuários modelem cenários de emissões de gases de efeito estufa no século atual e simula a resposta de primeira ordem do sistema terrestre. Os instrutores podem usar ClimateSim para ilustrar conceitos de mudança climática, demonstrar relações dinâmicas entre variáveis ​​climáticas e atribuir exercícios baseados em simulação para um aprendizado aprimorado. O aplicativo também é útil para professores interessados ​​em desenvolver uma melhor compreensão dos fundamentos das ciências climáticas.

Este conjunto de cinco lições da American Farm Bureau Foundation explora os componentes sociais, econômicos, ambientais e de produção da agricultura e pecuária sustentáveis ​​no século 21. Voltadas para estudantes do ensino médio, as lições ensinam termos-chave relacionados à agricultura sustentável e história agrícola, exploram os conceitos de negócios da agricultura e como a agricultura contribui para as economias locais, nacionais e globais descrevem como os agricultores cuidam do meio ambiente destacam as quatro principais categorias de uso da agricultura (alimentos, fibras, combustível e abrigo) e avanços biológicos e tecnológicos que impactam a produção agrícola e demonstram o papel que a agricultura desempenha na sociedade. Cada lição inclui um PDF para download, um PowerPoint e um componente de aprendizagem online com vídeos e recursos extras.


2 Descrição do modelo, experimentos e conjuntos de dados

2.1 IITM-ESMv2

O IITM-ESMv2 é um protótipo de um modelo de sistema terrestre com atmosfera, terra, gelo marinho, oceano e biogeoquímica oceânica interativa. Alcançar uma estrutura radiativamente equilibrada foi o principal desafio no desenvolvimento do IITM-ESMv2. Seguindo a sugestão de estudos anteriores (por exemplo, Fiedler, 2000, Han et al., 2006), os efeitos da dissipação viscosa da energia cinética turbulenta (TKE) foram incorporados pela primeira vez no componente atmosférico do IITM-ESMv2. Uma vez que a dissipação do TKE é uma fonte significativa de energia térmica, especialmente em condições de vento forte, a inclusão deste efeito no IITM-ESMv2 contribuiu em parte para a redução do desequilíbrio de radiação líquido. Melhorias substanciais no balanço de radiação também estão associadas à simulação realista da Circulação Meridional Invertida do Atlântico (AMOC), que é um fator fenomenológico chave que afeta o SST global e o balanço líquido de radiação. Na verdade, estudos recentes apontaram claramente que a força do AMOC é geralmente fraca nos modelos CMIP, o que por sua vez leva a vieses da temperatura da superfície do mar frio (SST) no Hemisfério Norte através da redução do transporte de calor oceânico para o norte para o Atlântico Norte e também remotamente por meio de interações atmosfera-oceano (ver Wang et al., 2014, Zhang & Zhao, 2015). Foi visto que as simulações do IITM-ESMv1 também exibiram um AMOC muito fraco, junto com o esgotamento do gelo marinho e um refresco excessivo no Atlântico Norte. Com base nessas indicações, foi hipotetizado que melhorar o AMOC e a distribuição do gelo marinho do Ártico seria um passo fundamental para melhorar o balanço de radiação no modelo. Com esta visão, as simulações de gelo marinho e AMOC foram significativamente melhoradas no IITM-ESMv2 por meio de refinamentos em cálculos de fluxo em regiões cobertas de gelo e também implementação de grades fracionárias para troca de fluxos entre a atmosfera e outros modelos de componentes. Não há ajustes de fluxo usados ​​nos modelos. A atmosfera, a terra e o gelo marinho trocam quantidades, como fluxos de calor e momentum a cada 10 minutos. O intervalo de tempo do traçador oceânico e do acoplamento atmosfera-oceano é de 2 h. O acoplamento oceano e gelo marinho também é de 2 h.

2.1.1 Atmosfera e Componentes do Solo

O componente da atmosfera do ESMv2 é um modelo de circulação geral espectral, Global Forecast System (GFS, Moorthi et al., 2001) baseado no National Center for Environmental Prediction (NCEP, Saha et al., 2014b). O modelo GFS usado em ESMv2 tem um truncamento triangular espectral de 62 ondas (T62) na horizontal (grade de ∼2 °) e diferenciação finita na vertical com 64 camadas híbridas de pressão sigma com a camada de modelo superior se estendendo até 0,2 hPa. O modelo usa um intervalo de tempo de 1 h para a radiação atmosférica e 10 min para outras físicas atmosféricas.

  1. O esquema simplificado de Arakawa-Schubert (SAS) revisado (Han & Pan, 2011) é implementado para parametrizar a convecção cumulus profunda.
  2. Em vez do modelo de gelo marinho de duas camadas (Wu et al., 2004) no GFS, Sea Ice Simulator (SIS) (Winton, 2000) é usado para o cálculo do fluxo sobre as regiões cobertas de gelo.
  3. Implementação de grade fracionária para troca de fluxos entre a atmosfera e outros modelos de componentes.
  4. O aquecimento por dissipação de energia cinética turbulenta (TKE) está incluído no modelo.
  5. Mudanças na cobertura do solo com variação no tempo por meio do conjunto de dados de Harmonização do Uso da Terra (LUH) (Hurtt et al., 2016 Lawrence et al., 2016). O conjunto de dados LUH fornece informações sobre terras florestadas, terras agrícolas e pastagens em uma resolução de 0,25 ° × 0,25 °. Seguindo o procedimento de (Dufresne et al., 2013), o conjunto de dados LUH é incorporado ao ESMv2.
  6. Os efeitos radiativos de aerossóis são incluídos por meio do Max Planck Institute Aerosol Climatology v2 (MAC-v2, Kinne et al., 2013 Stevens et al., 2016).

2.1.2 Componentes de oceano e gelo marinho

O modelo oceânico usado no ESMv2 é o GFDL Modular Ocean Model Version 4p1 (MOM4p1, Griffies et al., 2009). O MOM4p1 é um modelo hidrostático configurado aqui usando a aproximação de Boussinesq e uma coordenada vertical geopotencial reescalonada. A resolução zonal é de 1 ° e a resolução meridional é de 0,33 ° entre 10 ° S e 10 ° N e gradualmente se tornando 1 ° polo de 30 ° S e 30 ° N com 50 níveis verticais. As principais parametrizações físicas incluem um esquema de camada limite de superfície KPP semelhante ao de (Large et al., 1994), que calcula a difusividade vertical, a viscosidade vertical e o transporte não local em função do fluxo e do forçamento da superfície. O módulo interativo de biogeoquímica oceânica no MOM4p1 também está incluído no ESMv2. Mais detalhes sobre MOM4p1 são descritos em (Griffies et al., 2009).

O componente de gelo marinho do ESMv2 é o Sea Ice Simulator (SIS, Winton, 2000). SIS é um modelo dinâmico com três camadas verticais, uma de neve e duas de gelo, e cinco categorias de espessura de gelo. Mais descrições sobre o SIS podem ser obtidas em (Delworth et al., 2006).

2.2 Integrações de controle

As integrações de controle pré-industrial (1850) e atual (2005) são conduzidas, diferindo no gás traço atmosférico, concentrações de aerossóis, insolação e distribuição dos tipos de cobertura do solo de acordo com as condições de 1850 e 2005. Para cada integração de controle, concentrações de aerossóis e gases traço, insolação e distribuição de tipos de cobertura da terra são mantidas fixas sem variação interanual. Os valores específicos usados ​​para gases de efeito estufa bem misturados e irradiância solar estão listados na Tabela S1 de informações de apoio. Distribuições tridimensionais de aerossóis naturais (sal marinho e poeira) também são prescritas e são idênticas nas execuções de controle de 1850 e 2005. Os aerossóis antropogênicos são considerados zero na configuração de controle de 1850, enquanto as distribuições tridimensionais são prescritas para a simulação de controle de 2005 com base em dados MACv2 (Kinne et al., 2013 Stevens et al., 2016). A profundidade total do oceano levará muitos séculos para entrar em equilíbrio (Stouffer et al., 2006), o que não é possível devido às atuais restrições de recursos. Portanto, como outros modelos (por exemplo, Bi et al., 2013 Voldoire et al., 2013), as simulações de spin-up para o IITM-ESMv2 são realizadas para um comprimento acessível que produz quase-equilíbrios adequados antes do início do controle simulações. Além disso, também realizamos uma duplicação do CO2 experimente por um aumento percentual a partir dos valores de 1850 até dobrar e, em seguida, fixar o CO2 valores e integração por mais 30 anos. Os aerossóis vulcânicos são prescritos para os valores de 1850 em todos os experimentos.

2.3 Conjuntos de dados usados

Os conjuntos de dados usados ​​para avaliar as simulações do modelo são resumidos aqui. Os campos atmosféricos da reanálise ERA-Interim (Dee et al., 2011) e os dados de chuva em grade do Departamento Meteorológico da Índia (Rajeevan et al., 2006) para o período de 1980-2015 são utilizados para o estudo. Os dados de chuva mensais em grade do Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Microwave Imager (TMI, Huffman et al., 2010) para o período de 1998–2012, Global Precipitation Climatology Project (GPCP, Adler et al., 2003) para 1979– 2010 também são utilizados. Usamos os dados de temperatura e salinidade do World Ocean Atlas (WOA2009, Locarnini et al., 2010), do Hadley Center Sea Ice e do conjunto de dados de temperatura da superfície do mar e concentração de gelo marinho (HadISST1.1, Rayner et al., 2003) para o período 1950–2012. Anomalias da temperatura do ar da superfície global obtidas da National Aeronautics and Space Administration (NASA, Hansen et al., 2006) para o período de 2000-2010, a extensão do gelo marinho (http://nsidc.org/data/g02135) para 2001 –2015, Nuvens e o Sistema de Radiação da Terra (CERS), fluxos balanceados da parte superior da atmosfera (https://ceres.larc.nasa.gov/products.php?product=EBAF-TOA) e estimativas de transporte de calor meridional de (Trenberth & Caron, 2001) também são utilizados.

As climatologias para o ESMv1 e o ESMv2 são calculadas com base nos últimos 50 anos de simulação. Os desvios simulados para qualquer variável são calculados subtraindo o valor observado do valor simulado correspondente.


Northern Illinois University Departamento de Ciências Geográficas e Atmosféricas Faculdade de Artes e Ciências Liberais

Sou um Geógrafo Físico amplamente treinado com uma perspectiva interdisciplinar. Estou interessado em geormorfologia terrestre e marciana e aplicações GIS em vários campos. Os núcleos intelectuais comuns aos meus interesses de pesquisa são o espaço e o tempo. Eu uso métodos computacionais avançados (GIS, sensoriamento remoto, modelagem computacional, estatística e aprendizado de máquina) e uma abordagem de sistemas para investigar vários fenômenos nos quais o espaço ou localização desempenha um papel importante (por exemplo, respostas hidrológicas de bacias hidrográficas à chuva e acesso a cuidados de saúde) . Eu também tento inferir processos anteriores que estavam interagindo como um sistema dinâmico com base nas formas ou padrões espaciais presentes (por exemplo, evolução do relevo, geografia lingüística).

Minha pesquisa atual gira em torno das seguintes três áreas gerais:

  • Estimar o volume das redes de vales em Marte e inferir a quantidade de água necessária para criar os vales
  • Desenvolvimento de ferramentas baseadas na web para aprimorar a aprendizagem dos alunos em sala de aula: por exemplo, modelo de simulação de forma interativa com base na web e # 8211 Grand Canyon (WILSIM-GC)
  • Mapeamento de suscetibilidade a deslizamentos & # 160

Cursos didáticos frequentes e # 160

GEOG 101/102: Levantamento de Geografia Física
GEOG 303: Recursos Hídricos e Meio Ambiente
GEOG 338: Geografia da Ásia
GEOG 359: Introdução aos Sistemas de Informação Geográfica
GEOG 460/560: Sensor Remoto (com Mace Bentley)
GEOG 492: Hidrologia
GEOG 493: Métodos e modelagem de computador
GEOG 498A / 790A: Seminário em problemas atuais

Publicações Representativas

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Luo, W., 2000, & # 8220 Quantificação de formas terrestres que esgotam as águas subterrâneas com uma técnica hipsométrica, & # 8221 & # 160Journal of Geophysical Research - Planets, v. 105, n. 1, pág. 1685-1694. & # 160

Luo, W., 1998, & # 8220 The Automation of Hypsometric Analysis with a Geographic Information System (GIS), & # 8221 & # 160Computadores e Geociências, v. 24, n.8, p. 815-821. & # 160

Luo, W., R.E. Arvidson, M. Sultan, R. Becker, M.K. Crombie, N. Sturchio, Z.E. Alfy, 1997, & # 8220Ground-water sapping process, Western Desert, Egypt, & # 8221 & # 160Boletim da Sociedade Geológica da América, & # 160Janeiro, v. 109, n. 1, pág. 43-62. & # 160

Arvidson, R.E., R. Becker, A. Shanabrook, & # 160W. Luo, N. Sturchio, M. Sultan, Z. Lofty, A.M. Mahmoud e Z.E. Alfy, 1994, & # 8220Controles climáticos, eustáticos e tectônicos em depósitos e formas de relevo quaternários, & # 160Red Sea coast, Egypt, & # 8221 & # 160Journal of Geophysical Research & # 8211 Solid Earth, v. 99, n. 6, & # 160 p. 12175-12190. & # 160

Hartmann, J.F., & # 160W. Luo, e V. Sysamouth, 2010, "Tai Participation in the Spread of Rice Agriculture in Asia," em Rice Origin, Antiquity and History, editado por S. D. Sharma, CRC press, 580p.

Luo, W. & # 160 e F. Wang, 2003, & # 8220Spatial Accessibility to Primary Care and Physician Shortage Area Designation: & # 160 A Case Study in Illinois with GIS Approaches, & # 8221 in & # 160Sistemas de informação geográfica e aplicações de saúde, editado por R. Skinner e O. Khan., Idea Group Publishing, Hershey, PA, pp 260-278.

Wang, F. e & # 160W. Luo, 2005, & # 8220GIS-Based Accessibility Measures and Application, & # 8221 in & # 160Enciclopédia de Ciência e Tecnologia da Informação, editado por M. Khosrow-Pour, Idea Group Reference, Hershey, PA, p. 1284-1287.


Meteorologia da Terra em Camadas

A atmosfera

Composição atmosférica, camadas da atmosfera, camada de ozônio e pressão atmosférica.

Circulação Atmosférica

Padrões globais de vento, a corrente de jato, padrões globais de vento e correntes oceânicas.

Balanço de energia da Terra

Métodos de transferência de calor, razões para as estações, o efeito estufa e o balanço de energia da Terra.

Clima

O ciclo da água, padrões climáticos, sistemas de pressão, previsões e furacões e tornados.

Clima

Clima vs. tempo, fatores que afetam o clima, zonas climáticas mundiais.

Das Alterações Climáticas

Paleoclimas, El Niño & La Niña, Occilação do Atlântico Norte, humanos e o efeito estufa.

Meteorlogy Middle School

A Layered Earth usa as tecnologias de software mais recentes com as quais os alunos do ensino médio já estão familiarizados, tornando mais fácil para eles aprender e entender os conceitos geológicos centrais.

Escola Secundária de Meteorologia

Layered Earth oferece a seus alunos do ensino médio um modelo virtual da Terra que pode ser medido, manipulado e visualizado, para construir uma compreensão mais profunda de como o sistema terrestre funciona.

Meterology College

O Layered Earth College é o companheiro ideal para o seu livro didático de Ciências da Terra. Princípios e conceitos difíceis de visualizar são ilustrados por meio de simulações interativas e exercícios inovadores.


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Resultado da pesquisa: contribuição para o jornal ›Artigo› revisão por pares

T1 - Um simulador de transporte reativo para problemas de porosidade variável

N2 - ReactMiCP, um novo simulador de transporte reativo foi desenvolvido com base no solver de especiação semisorte SpecMiCP. Sua principal característica é um algoritmo de divisão de operador iterativo sequencial onde os parâmetros do modelo macroscópico são explicitamente incluídos na formulação. Sua exatidão, robustez e eficiência são testadas em relação ao benchmark MoMaS e dois conjuntos de experimentos de laboratório com pasta de cimento. Mostramos que um solucionador de especiação robusto é um requisito fundamental para o bom desempenho do simulador de transporte reativo. Também demonstramos que um solucionador iterativo sequencial deve ser preferido em vez de solucionadores não iterativos ao usar a divisão de operador. A flexibilidade e a velocidade do simulador são usadas para testar a influência do banco de dados, a condição inicial e o modelo de coeficiente de difusão para as simulações de pasta de cimento.

AB - ReactMiCP, um novo simulador de transporte reativo foi desenvolvido com base no solver de especiação semisorte SpecMiCP. Sua principal característica é um algoritmo de divisão de operador iterativo sequencial onde os parâmetros do modelo macroscópico são explicitamente incluídos na formulação. Sua exatidão, robustez e eficiência são testadas em relação ao benchmark MoMaS e dois conjuntos de experimentos de laboratório com pasta de cimento. Mostramos que um solucionador de especiação robusto é um requisito fundamental para o bom desempenho do simulador de transporte reativo. Também demonstramos que um solucionador iterativo sequencial deve ser preferido em vez de solucionadores não iterativos ao usar a divisão de operador. A flexibilidade e a velocidade do simulador são usadas para testar a influência do banco de dados, a condição inicial e o modelo de coeficiente de difusão para as simulações de pasta de cimento.


Terra de destino: simulação de supercomputador para apoiar as metas de neutralidade climática da Europa

Para apoiar seus esforços para se tornar neutro para o clima até 2050, a União Europeia lançou uma iniciativa Destination Earth para construir uma simulação digital detalhada do planeta que ajudará os cientistas a mapear o desenvolvimento do clima e eventos climáticos extremos com alta precisão.

O projeto de uma década criará um gêmeo digital da Terra, renderizado na escala de um quilômetro e com base em dados observacionais continuamente atualizados de sensores climáticos, atmosféricos e meteorológicos - bem como medidas dos impactos ambientais das atividades humanas.

Liderado pela Agência Espacial Europeia, Centro Europeu para Previsões Meteorológicas de Médio Prazo e Organização Europeia para a Exploração de Satélites Meteorológicos, o projeto digital gêmeo é estimado para exigir um sistema com 20.000 GPUs para operar em escala real, escreveram os pesquisadores em um documento de estratégia publicado em Nature Computational Science .

As percepções da simulação permitirão aos cientistas desenvolver e testar cenários, informando as decisões políticas e o planejamento do desenvolvimento sustentável. Chamado de DestinE, o modelo pode ser usado para avaliar o risco de seca, monitorar o aumento do nível do mar e rastrear mudanças nas regiões polares. Também será usado para estratégias em torno do abastecimento de alimentos e água, bem como iniciativas de energia renovável, incluindo parques eólicos e usinas solares.

“Se você está planejando um dique de dois metros de altura na Holanda, por exemplo, posso examinar os dados em meu gêmeo digital e verificar se o dique com toda probabilidade ainda protegerá contra eventos extremos esperados em 2050”, disse Peter Bauer, deputy director for Research at the European Centre for Medium-​Range Weather Forecasts and co-​initiator of Destination Earth.

Unlike traditional climate models, which represent large-scale processes and neglect the finer details essential for precise weather forecasts, the digital twin model will bring together both, enabling high-resolution simulations of the entire climate and weather system.

The researchers plan to harness AI to help process data, represent uncertain processes, accelerate simulations, and filter out key insights from the data. The main digital modeling platform is aimed to be operational by 2023, with the digital twin fully developed and running by 2027.

“Destination Earth is a key initiative for Europe’s twin digital and green transitions,” said Thomas Skordas, the European Commission’s director for digital excellence and science infrastructure. “It will greatly enhance our ability to produce climate models with unprecedented detail and reliability, allowing policy-makers to anticipate and mitigate the effects of climate change, saving lives and alleviating economic consequences in cases of natural disasters.”


Fees and Funding

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ClimateSim Simulator - Geosciences

Geostatistical SIMulation for the homogenisation and interpolation of CLImate data

gsimcli is a method to homogenise climate data using geostatistical stochastic simulation methods.

It is presented here as an open source Python project. Some of its modules are intended to serve as useful libraries for other projects.

gsimcli is implemented using Direct Sequential Simulation (DSS) [1]. The method description and its application have already been published [2].

This research project is hosted at NOVA IMS (Lisbon, Portugal) and it is funded by the "Fundação para a Ciência e Tecnologia" (FCT), Portugal, through the research project PTDC/GEO-MET/4026/2012. See the approval and funding notice.

The outcomes of this project also include three peer-reviewed papers published in scientific journals. See the complete list of the Project Publications below.

This software is no longer being developed. Of course, development may continue in any fork.

The latest and last version is available in the master branch.

The Issues page lists the tasks and ideas that were not implemented and/or completed, as well as known limitations. Those may be a source of ideas for any eventual future development.

The documentation (user manual) is hosted at readthedocs.org: http://gsimcli.readthedocs.org

Browse and post issues and contributions [here] (https://github.com/iled/gsimcli/issues).

    : 2.7 : 1.8 or higher 0.17.1 or higher only the binary (newDSSintelRelease) only for *nix systems
  • See requirements.txt for the complete list of dependencies

[1]: Soares, Amílcar. Direct Sequential Simulation and Cosimulation. Mathematical Geology 33, no. 8 (2001): 911-926. http://link.springer.com/article/10.1023/A:1012246006212.

[2]: Costa, AC, and A Soares. Homogenization of Climate Data: Review and New Perspectives Using Geostatistics. Mathematical Geosciences 41, no. 3 (November 28, 2009): 291-305. doi:10.1007/s11004-008-9203-3.

Ribeiro, S., Caineta, J., Costa, A. C., Henriques, R. (2016) gsimcli: a geostatistical procedure for the homogenisation of climatic time series. International Journal of Climatology. doi: 10.1002/joc.4929

Ribeiro, S., Caineta, J., Costa, A. C., Henriques, R., Soares, A. (2016) Detection of inhomogeneities in precipitation time series in Portugal using direct sequential simulation. Atmospheric Research 171, 147–158. doi: 10.1016/j.atmosres.2015.11.014

Ribeiro, S., Caineta, J., Costa, A. C., (2015) Review and discussion of homogenisation methods for climate data.. Physics and Chemistry of the Earth 94, 167 - 179. doi: 10.1016/j.pce.2015.08.007

Ribeiro, S., Caineta, J., Costa, A. C., Soares, A. (2015). Establishment of detection and correction parameters for a geostatistical homogenisation approach. Procedia Environmental Sciences, 27, 83-88. doi: 10.1016/j.proenv.2015.07.115

Caineta, J., Ribeiro, S., Soares, A., Costa, A. C. (2015). Workflow for the homogenisation of climate data using geostatistical simulation. In: Conference Proceedings of the 15th SGEM GeoConference on Informatics, Geoinformatics and Remote Sensing. Albena, Bulgaria, 16-25 June 2015, Vol. 1, pp. 921-929.

Ribeiro, S., Caineta, J., Costa, A. C., Henriques, R. (2015). Analysing the detection and correction parameters in the homogenisation of climate data series using gsimcli. In: F. Bacao, M. Y. Santos, M. Painho (Eds.), The 18th AGILE International Conference on Geographic Information Science, Lisbon, Portugal, 9-12 June 2015.

Caineta, J., Ribeiro, S., Henriques, R., Costa, A. C. (2015). A Package for the homogenisation of climate data using geostatistical simulation. In: GEOProcessing 2015: The Seventh International Conference on Advanced Geographic Information Systems, Applications, and Services, Lisbon, Portugal, 22-27 February 2015.

Caineta, J., Ribeiro, S., Henriques, R., Soares, A., Costa, A. C. (2014). Benchmarking a geostatistical procedure for the homogenisation of annual precipitation series. In: Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-7605, European Geosciences Union General Assembly 2014. (Vienna, Austria, 27 April –2 May 2014)

Caineta, J., Ribeiro, S., Costa, A. C., Henriques, R., Soares, A. (2014). Inhomogeneities detection in annual precipitation time series in Portugal using direct sequential simulation. In: Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-7849, European Geosciences Union General Assembly 2014. (Vienna, Austria, 27 April –2 May 2014)

Ribeiro, S., Caineta, J., Henriques, R., Soares, A., Costa, A. C. (2014). Advantages and applicability of commonly used homogenisation methods for climate data. In: Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-7725, European Geosciences Union General Assembly 2014. (Vienna, Austria, 27 April –2 May 2014)


Assista o vídeo: NASA. Supercomputing the Climate