predicciónclimática.net

Climate Prediction.Net ( CPDN ) es un proyecto informático voluntario para investigar y reducir las incertidumbres en la modelización climática . Su objetivo es lograrlo ejecutando cientos de miles de modelos diferentes (un gran conjunto climático ) utilizando el tiempo de inactividad donado de ordenadores personales comunes , lo que permite comprender mejor cómo los modelos se ven afectados por pequeños cambios en los numerosos parámetros que influyen en el clima global. ^{[ 3 ]}

El proyecto se basa en el marco BOINC , donde los participantes voluntarios aceptan ejecutar algunos procesos del proyecto en el lado del cliente, en sus ordenadores personales, tras recibir tareas del servidor para su procesamiento.

CPDN, ​​gestionado principalmente por la Universidad de Oxford en Inglaterra , ha aprovechado más potencia informática y generado más datos que cualquier otro proyecto de modelización climática. ^{[ 4 ]} Hasta la fecha, ha producido más de 100 millones de años de datos de modelos. ^{[ 5 ]} A junio de 2016 , hay más de 12.000 participantes activos de 223 países con un crédito total de BOINC de más de 27 mil millones, que reportan alrededor de 55 teraflops (55 billones de operaciones por segundo) de potencia de procesamiento. ^{[ 6 ]}

El objetivo del proyecto climate prediction .net es investigar las incertidumbres en las diversas parametrizaciones que deben realizarse en los modelos climáticos de última generación. ^{[ 7 ]} El modelo se ejecuta miles de veces con pequeñas perturbaciones en varios parámetros físicos (un " conjunto grande ") y el proyecto examina cómo cambia la salida del modelo. Estos parámetros no se conocen con exactitud, y las variaciones se encuentran dentro de lo que subjetivamente se considera un rango plausible. Esto permitirá al proyecto mejorar la comprensión de la sensibilidad de los modelos a pequeños cambios y también a factores como los cambios en el ciclo del dióxido de carbono y del azufre . En el pasado, las estimaciones del cambio climático se han tenido que realizar utilizando una o, en el mejor de los casos, un conjunto muy pequeño (decenas en lugar de miles) de ejecuciones del modelo. Al utilizar las computadoras de los participantes, el proyecto podrá mejorar la comprensión y la confianza en las predicciones del cambio climático más de lo que sería posible utilizando las supercomputadoras actualmente disponibles para los científicos.

El experimento Climate Prediction .Net tiene como objetivo mejorar los métodos para cuantificar las incertidumbres de las proyecciones y escenarios climáticos, incluidas las simulaciones de conjunto a largo plazo mediante modelos complejos, una prioridad que el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) identificó en 2001. Se espera que este experimento proporcione a los responsables de la toma de decisiones una base científica más sólida para abordar uno de los mayores problemas globales potenciales del siglo XXI.

Como se muestra en el gráfico anterior, los distintos modelos presentan una distribución de resultados bastante amplia a lo largo del tiempo. En el extremo derecho de cada curva, se observa una barra que muestra el rango de temperatura final para la versión correspondiente del modelo. Cuanto más se extiende el modelo hacia el futuro, mayores son las diferencias entre sus versiones. Aproximadamente la mitad de la variación depende del escenario de forzamiento climático futuro , más que de las incertidumbres del modelo. Cualquier reducción de estas variaciones, ya sea mediante mejores escenarios o mejoras en los modelos, es deseable. ClimatePrediction.Net trabaja en las incertidumbres de los modelos, no en los escenarios .

Actualmente, los científicos pueden ejecutar modelos y observar que un x% de ellos provocan un calentamiento de y grados en respuesta a z forzamientos climáticos, pero no están seguros de si ese x% representa adecuadamente la probabilidad de que esto ocurra en el mundo real. Algunos modelos serán buenos y otros malos a la hora de reproducir el clima del pasado cuando se les proporcionan forzamientos climáticos y condiciones iniciales (una reconstrucción retrospectiva ). Es lógico confiar más en los modelos que recrean bien el pasado que en los que lo hacen mal. Por lo tanto, los modelos que no lo hacen bien tendrán menor peso. ^{[ 3 ]}

Los diferentes modelos que climate prediction.net tiene y distribuirá se detallan a continuación en orden cronológico. Por lo tanto, es probable que cualquier persona que se haya unido recientemente esté utilizando el modelo acoplado transitorio .

• Modelo de losa clásico : el experimento original no está bajo la supervisión de BOINC . Consulte #El modelo original para obtener más detalles. Este modelo se sigue utilizando únicamente para el curso corto de la OU. ^{[ 8 ]}
• Modelo BOINC Slab : igual que el modelo Slab clásico , pero lanzado bajo la marca BOINC .
• Modelo de Circulación Termohalina (THC) : una investigación sobre cómo podría cambiar el clima en caso de una disminución en la intensidad de laCirculación Termohalina . Este experimento ya no admite nuevos participantes, ya que cuenta con resultados suficientes. Fue un modelo de cuatro fases con un total de60 años de simulación. Las tres primeras fases fueron idénticas a los modelos de capa límite mencionados anteriormente . La cuarta fase impuso los efectos de una desaceleración del 50 % en la circulación termohalina mediante la imposición de cambios en la temperatura superficial del mar (TSM) en el Atlántico Norte derivados de otras simulaciones. ^{[ 9 ]}
• Modelo del ciclo del azufre : una investigación del efecto de los aerosoles de sulfato en el clima. El experimento modelará el azufre en varias formas compuestas, incluyendo dimetilsulfuro y aerosoles de sulfato. ^{[ 10 ]} Este experimento comenzó en agosto de 2005 y fue un requisito previo para el Hindcast . Es un modelo de 5 fases que totaliza 75 años de modelo. Los pasos de tiempo son aproximadamente un 70% más largos, lo que hace que el modelo sea aproximadamente 2,8 veces más largo que el modelo de losa inicial. ^{[ 11 ]} Si bien algunos modelos todavía están en desarrollo, no se han publicado modelos desde 2006. ^{[ 12 ]}
• Modelo de ajuste acoplado : Incorporación de influencias oceánicas al modelo básico de forma más dinámica y realista que el modelo de losa inicial . Este era un requisito previo para el análisis retrospectivo . El análisis se completó y, como estaba previsto, no se publicó. Se invitó a participar a los 200-500 ordenadores más rápidos, ya que se trata de un modelo de 200 años y se necesitaban los resultados para febrero de 2006 para el lanzamiento del modelo acoplado transitorio .
• Modelo acoplado transitorio : Este comprende una retrospectiva de 80 años y una previsión de 80 años. La retrospectiva sirve para evaluar la eficacia de los modelos al recrear el clima de 1920 a 2000. ^{[ 13 ]} Se lanzó en febrero de 2006 bajo la marca BBC Climate Change Experiment y posteriormente también se publicó en el sitio web de CPDN.
• Proyecto de Atribución Estacional : Este es un modelo de alta resolución para un solo año modelo que analiza eventos de precipitación extrema. Este experimento es mucho más corto debido a que solo abarca un año modelo, pero tiene 13,5 veces más celdas y los pasos de tiempo son de solo 10 minutos en lugar de 30 minutos. Esta mayor resolución implica que requiere al menos 1,5 gigabytes de RAM . Utiliza el modelo climático HadAM3-N144. ^{[ 14 ]}

Myles Allen pensó por primera vez en la necesidad de grandes conjuntos de datos climáticos en 1997, pero no conoció el éxito de SETI@home hasta 1999. La primera propuesta de financiación, presentada en abril de 1999, fue rechazada por considerarse totalmente irrealista.

Tras una presentación en la Conferencia Mundial sobre el Clima en Hamburgo en septiembre de 1999 y un comentario en Nature ^{[ 15 ]} en octubre de 1999, miles de personas se inscribieron en este programa, supuestamente de próxima disponibilidad. El estallido de la burbuja de las puntocom no ayudó, y el proyecto se dio cuenta de que tendrían que realizar la mayor parte de la programación internamente en lugar de subcontratarla.

Se puso en marcha el 12 de septiembre de 2003 y, el 13 de septiembre de 2003, el proyecto superó la capacidad del Simulador Terrestre para convertirse en la mayor instalación de modelización climática del mundo.

El lanzamiento de 2003 solo ofrecía un cliente "clásico" para Windows . El 26 de agosto de 2004 se lanzó un cliente BOINC compatible con Windows, Linux y Mac OS X. La versión "clásica" seguirá estando disponible durante varios años para el curso de la Open University . BOINC dejó de distribuir modelos clásicos en favor de los modelos del ciclo del azufre. En 2006 se lanzó en versión beta un cliente y sitio web BOINC más intuitivo, llamado GridRepublic, que da soporte a climate prediction .net y otros proyectos de BOINC.

En mayo de 2004, se puso en marcha un experimento de ralentización de la circulación termohalina, siguiendo el marco clásico, coincidiendo con el estreno de la película « El día después de mañana» . Este programa aún se puede ejecutar, pero ya no está disponible para su descarga. El análisis científico se recoge en la tesis de Nick Faull , que aún está pendiente de publicación. No hay más investigaciones previstas con este modelo.

En agosto de 2005 se lanzó un modelo del ciclo del azufre. Su desarrollo llevó más tiempo que el de los modelos originales debido a que constaba de cinco fases en lugar de tres. Además, cada paso temporal era más complejo.

En noviembre de 2005, el número total de resultados completados ascendía a 45.914 modelos clásicos, 3.455 modelos termohalinos, 85.685 modelos BOINC y 352 modelos del ciclo del azufre. Esto representaba más de 6 millones de años de modelo procesados.

En febrero de 2006, el proyecto pasó a utilizar modelos climáticos más realistas. Se puso en marcha el Experimento de Cambio Climático de la BBC ^{[ 16 ]} , que atrajo a unos 23 000 participantes el primer día. La simulación climática transitoria introdujo océanos realistas. Esto permitió al experimento investigar los cambios en la respuesta climática a medida que cambian los forzamientos climáticos , en lugar de una respuesta de equilibrio a un cambio significativo como duplicar el nivel de dióxido de carbono . Por lo tanto, el experimento ahora ha pasado a realizar una reconstrucción del período 1920-2000, así como una predicción del período 2000-2080. Este modelo requiere mucho más tiempo.

La BBC dio publicidad al proyecto, con más de 120.000 ordenadores participantes en las tres primeras semanas.

En marzo de 2006, se lanzó un modelo de alta resolución como parte de otro proyecto, el Proyecto de Atribución Estacional .

En abril de 2006, se descubrió que los modelos acoplados presentaban un problema de entrada de datos. El trabajo resultó útil para un propósito distinto al anunciado. Fue necesario distribuir nuevos modelos. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Los primeros resultados del experimento se publicaron en Nature en enero de 2005, mostrando que con solo ligeros cambios en los parámetros dentro de rangos plausibles, los modelos pueden mostrar sensibilidades climáticas de menos de 2  °C a más de 11  °C. ^{[ 19 ]} Las sensibilidades climáticas más altas han sido cuestionadas por considerarse inverosímiles. Por ejemplo, por Gavin Schmidt (un modelador climático del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA en Nueva York). ^{[ 20 ]}

Existe un curso corto de la Open University ^{[ 8 ]} y material didáctico ^{[ 25 ]} disponible para que las escuelas enseñen temas relacionados con el clima y la modelización climática. También hay material didáctico disponible para su uso en Ciencias de Key Stage 3/4, Física de nivel A (Física Avanzada), Matemáticas de Key Stage 3/4, Geografía de Key Stage 3/4, Ciencias del Siglo XXI, Ciencias para la Comprensión Pública, Uso de las Matemáticas, Primaria.

El experimento original se ejecuta con HadSM3 , que es la atmósfera HadAM3 del modelo HadCM3 , pero con un océano simplificado en lugar de un océano dinámico completo. Esto es más rápido (y requiere menos memoria) que el modelo completo, pero carece de la retroalimentación dinámica del océano, que se incorpora en los modelos acoplados océano-atmósfera completos que se utilizan para realizar proyecciones del cambio climático hasta el año 2100.

Cada modelo descargado presenta una ligera variación en los distintos parámetros del modelo .

En la fase inicial de calibración de 15 años de simulación, el modelo calcula la "corrección de flujo"; flujos adicionales entre el océano y la atmósfera necesarios para mantener el océano del modelo en equilibrio (el océano del modelo no incluye corrientes; estos flujos reemplazan en cierta medida el calor que transportarían las corrientes faltantes).

En la fase de control de 15 años, se permite que las temperaturas oceánicas varíen. La corrección de flujo debería mantener el modelo estable, pero se desarrollaron retroalimentaciones en algunas de las simulaciones. Se realiza un control de calidad basado en las temperaturas medias anuales, y los modelos que no lo superan se descartan.

En la fase de "doble CO₂ _" , el contenido de CO₂ _se duplica instantáneamente y el modelo se ejecuta durante 15 años más, lo que en algunos casos no es suficiente para alcanzar un nuevo equilibrio (más cálido). En esta fase, algunos modelos que arrojaron resultados físicamente irreales fueron descartados.

Los controles de calidad en las fases de control y de 2*CO₂ _fueron bastante deficientes: bastan para excluir modelos obviamente irreales, pero no incluyen (por ejemplo) una prueba de la simulación del ciclo estacional; por lo tanto, algunos de los modelos aprobados aún podrían ser poco realistas. Se están desarrollando medidas de control de calidad adicionales.

La temperatura en la fase de CO₂ duplicado _se extrapola exponencialmente para calcular la temperatura de equilibrio. La diferencia de temperatura entre esta y la fase de control proporciona una medida de la sensibilidad climática de esa versión particular del modelo.

Muchos proyectos informáticos de código abierto utilizan protectores de pantalla para indicar visualmente la actividad de la aplicación, pero no suelen mostrar los resultados a medida que se calculan. En cambio, Climate Prediction .NET no solo utiliza una visualización integrada para mostrar el clima del mundo que se está modelando, sino que además es interactiva, lo que permite visualizar diferentes aspectos del clima (temperatura, precipitaciones, etc.). Asimismo, existen otros programas de visualización más avanzados que permiten al usuario comprender mejor el funcionamiento del modelo (normalmente analizando resultados generados previamente) y comparar diferentes ejecuciones y modelos.

La visualización en tiempo real para escritorio del modelo lanzado en 2003 fue desarrollada ^{[ 26 ]} por Jeremy Walton en NAG , lo que permite a los usuarios seguir el progreso de su simulación a medida que la nubosidad y la temperatura cambian sobre la superficie del globo. Otros programas de visualización más avanzados en uso incluyen CPView e IDL Advanced Visualisation . Tienen una funcionalidad similar. CPView fue escrito por Martin Sykes, un participante en el experimento. IDL Advanced Visualisation fue escrito por Andy Heaps de la Universidad de Reading ( Reino Unido ) y modificado para funcionar con la versión BOINC por Tesella Support Services plc.

Solo CPView permite visualizar diagnósticos inusuales, en lugar de los habituales de temperatura, presión, precipitación, nieve y nubosidad. ^{[ 27 ]} Se pueden mostrar hasta 5 conjuntos de datos en un mapa. También cuenta con una gama más amplia de funciones, como valores máximos y mínimos, funciones de memoria adicionales y otras características.

La función de Visualización Avanzada incluye gráficos de áreas locales y de periodos de 1, 2 y 7 días, además de los gráficos habituales de promedios estacionales y anuales (que ambos paquetes ofrecen). También dispone de gráficos de latitud-altitud y de tiempo-altitud.

El tamaño de descarga es mucho menor para CPView y CPView funciona con Windows 98 .

A diciembre de 2008, no existía ninguna herramienta de visualización compatible con los modelos CPDN más recientes. Ni CPView ni Visualización Avanzada se habían actualizado para mostrar los datos recopilados de dichos modelos. Por lo tanto, los usuarios solo podían visualizar los datos a través del protector de pantalla.

El experimento sobre el cambio climático de la BBC fue un proyecto de BOINC liderado por la Universidad de Oxford con varios socios, entre ellos la Oficina Meteorológica del Reino Unido , la BBC , la Open University y la Universidad de Reading . Se trata del modelo acoplado transitorio del proyecto climateprediction.net.

Muchos participantes se unieron al proyecto, con más de 120.000 personas inscritas en equipos. ^{[ 28 ]}

Se siguieron recopilando resultados durante algún tiempo, y el programa de televisión de seguimiento se emitió en enero de 2007. El 8 de marzo de 2009, climateprediction.net declaró oficialmente que el Experimento de Cambio Climático de la BBC había finalizado, antes de dar por concluido el proyecto. ^{[ 29 ]}