- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
1
Access climate data in ESG from the EGI infrastructure
Denvil Sébastien(1), Déandreis Céline(1) , Raciazek Jérôme (1), Petitdidier Monique (1), Gemünd André, Schwichtenberg Horst
(1) Institut Pierre Simon Laplace (IPSL)
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
2
D'un projet CMIP à l'autre, d'un rapport du GIEC à l'autreCMIP3, IPCC-AR4 (2007) 20 groupes de modélisation 10 expériences=> Énorme succès de la base de données multi-modèles=> Changement de paradigme: analyse multi-modèles=> Utilisation au delà de la communauté des « climatologues »
CMIP5, IPCC-AR5 (2013) 20+ groupes de modélisation 80+ expériences
=> Des simulations « centennales » variées:20 et 21è siècles (historiques + scénarios futurs)paléoclimat, dernier millénaire...SST forcée (AMIP, Chimie-Climat, très haute résolution...)
=> Des modèles de complexités différentes:• Modèle climatique “physique” (AOGCM)• Modèles avec cycle biogéochimique (modèle système Terre)• Configurations idéalisées (aquaplanette, ...)
=> Des simulations décennales
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
3
Simulations proposées par CMIP-5 pour la préparation du 5e
rapport du GIECLong terme (centennal) Court terme (décennal)
ÉvaluationObs.
Scénarios futurs
Compréhension
Analyse de forçages et
des réponse
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
4
Simulations centennales proposées par CMIP-5 pour la préparation du 5e
rapport du GIEC
Paléo-climats
Sensibilité climatique
et rétroaction
s des nuages
Couplage climat-carbone
Chimie et
aérosols
Estimation des
forçages radiatifs
Évolution du climat
au 20e siècle
Évolution du climat
au 21e siècle
Thématiques d'intérêt pour
l'IPSL
Climat-carbone ( C4MIP)
Nuages(CFMIP)
Paléoclimat(PMIP)
Aérosols (AEROCOM)
Emissions(GEIA)
Ozone (CCMVal)
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
5
Modèles de l'IPSL pour CMIP5
Chimie tropo & aérosols (INCA)
Ozone starto. (Reprobus)
Émissionsautres que
CO2
VolcansInsolation
Atmosphère (LMDZ)
Continent (Orchidée)
Coupleur (OASIS)
Océan (Nemo)
Glace de mer (LIM)
Modèle du système Terre (ESM)
Clim
at
Physique - Transport
Conditions aux
limites
Carbone / CO2 (Orchidée, Pisces)
Utilisation des sols
Biogéochimie
Émissions CO2
Autres
GES
Composition
CO2
O3 aéro-sols
Descente d’échelles régionales :Statistique (moins coûteux en CPU)Dynamique (coûteux en CPU)
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
6
Experiment Simulation
Input: CouplingOutput: Data
Model Model
Requirement
1..*
Conformance
0..*
SoftwareComponent
NamePropertiesDescriptionCoupling Framework
0..1 Parent
0..* Child
L’activité de modélisation du climat
WhatWhy How
http://metaforclimate.eu/trac/browser/CIM/tags/version-1.5
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
7
Évolution future du climat:Nouveaux scénarios
Scénarios définis en termes de forçage radiatif Travail en parallèle des communautés« climat » et « socio-économique » Scénarios futurs peuvent inclure des politiques de contrôle des perturbations anthropiques Un scénario pour limiter le réchauffement à 2°C environ
RCP 8.5
RCP 6
RCP 4.5
RCP3-PD
Forçage radiatif Concentration de CO2
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
8
IPSL
CNRM
EC-EARTH
CMCC
http://is.enes.org
EU FP7 : IS-ENES
& METAFOR
Distributed : 3.3 Pb
Earth System Grid
Adapted from Taylor, WGCM, 2010
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
9
https://prodiguer.ipsl.fr/
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
10
https://prodiguer.ipsl.fr/
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
11
L’objet Une façon de traiter la sensibilité des extrêmes au changement climatique est de
considérer des évènements dits sévères plutôt qu’extrêmes. Ces évènements sévères, s’ils représentent des conditions éloignées du climat moyen, ont
l’avantage de se produire plus souvent que les évènements extrêmes. Le terme extrême désignera les évènements sévères du système climatique. C’est le parti pris du projet STARDEX (STAtistical and Regional dynamical Downscaling of
EXtremes for European regions) 100 indices associés à des conditions sévères de température et de précipitation.
Biais annuel moyen de l’écart intrajournalier de température (DTR = Tmax – Tmin) pour les modèles de l’IPSL et du CNRM par rapport aux réanalyses ERA40 (1961-2000)
Les points de grille grisés correspondent aux valeurs non statistiquement significatives au seuil de 95% (obtenues par bootstrap)
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
12
Méthodes de correction (1) Un modèle de climat simplifie une réalité complexe et ne représente pas exactement un échantillon de données observées. Données quotidiennes (des températures minimales, maximales, moyennes et des cumuls de précipitation). Déqué (2007) : cinq techniques qui corrigent les biais systématiques des modèles à partir d’observation ; en particulier la méthode de corrections quantile-quantile Construire une table de correction avec les 99 centiles des deux distributions (période commune) Pour chaque modèle, variable, saison et point de grille. Interpolation linéaire entre deux centiles. La fonction densité de probabilité des données simulées est ainsi modifiée
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
13
Correspondance entre les distributions des réanalyses NCEP et des données simulées (IPSL en rouge et CNRM en bleu) pour les températures moyennes (Tmoyen) et l’amplitude diurne de température (DTR). Point de grille Parisien sur la période 1961-2000. La droite en trait plein correspond à une représentation parfaite de la réalité par le modèle.Les tronçons de courbe en dessous (au dessus) de cette droite correspondent à une surestimation (sous-estimation) du modèle
Hiver
Eté
Méthodes de correction (2)
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
14
La démarche Le BUT : création d’un jeu de données uniques
Indices climatique calibrées par des jeux d’observations Traitement de l’ensemble de l’archive CMIP5
pour les simulations non corrigées pour les simulations corrigées
Associés à des valeurs de significativité statistique de leur tendance.
Vérifier la sensibilité de la significativité des tendances à la méthode de correction (avec/sans correction, fonction du jeu d’observation)
Jeux de données utiles pour nourrir les modèles d'impact sensibles aux valeurs de seuil
La correction ne réduit pas, et peut augmenter l'incertitude sur les projections climatiques
L'utilisation de plusieurs modèles et de plusieurs scénarios est la technique appropriée pour faire face à l'incertitude
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
15
Les amplitudes diurnes de température
Correction quantile-quantile des écarts intra-journaliers de température (DTR) Simulés par le modèle du CNRM Calibré par les observations du Hadley Center.
Les distributions comparées 1961-2000 observées (courbes noires) 1961-2000 (courbes bleues) 2071-2100 (courbes rouges) avant correction (trait plein) après correction (trait hachuré)
Surestimation de la fréquence des faibles amplitudes diurnes
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
16
Etat des lieux Le CODE
STRDX, est un code parallèle (MPI) écrit en fortran90 Application « data intensive » porté sur la grille Pour CMIP5 elle cumulera
10 To de données en entrée et en produira 12 To 600 jobs ; job de 2 heures, 16 processeurs et manipulant 37 Go.
Système de compilation automatisé de l’IPSL, modifié pour son utilisation sur la grille.
Bibliothèques (netCDF, PnetCDF et IOIPSL) installées dans l’espace « logiciel » de la VO ESR.
Le CONTEXTE grille Ce travail soutient les objectifs de l'activité SA3.6 WP6 du projet
EGI-Inspire, permettre l'utilisation de EGI dans le domaine des Sciences de la Planète (ES).
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
17
Interopérabilité de système: authentification/autorisation
Cf dans la Session EGI TF Data Management Workshop: Earth System Grid (ESG) and EGI interoperability. Raciazek J. IPSL. https://www.egi.eu/indico/contributionDisplay.py?contribId=278&confId=452
Federated Identity Systems for Scientific Collaborations
https://indico.cern.ch/event/129364
- workshop: 9-10 June 2011, CERN
- workshop: 2-3 November 2011, RAL, UK
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
18
Mesure de l’incertitude pour le DTR
Europe du Nord, Europe de l’Est et de l’Ouest, Chine Orientale , et Plateau Tibétain Périodes 1961-2000, 2031-2060, 2071-2100. Chaque « boite à moustache » représente, pour une période, une région et une saison données,
la dispersion totale des résultats (minimum et maximum), le 25ème et 75ème percentiles valeur médiane (en trait), la valeur moyenne (en cercle).
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
19
CMIP5 CMIP6 CMIP7Year 2012 2017 2022Power factor 1 30 1000Npp 200 357 647Resolution [km] 100 56 31Number of mesh points [millions] 3,2 18,1 108,4Ensemble size 120 214 388Number of variables 800 1068 1439Interval of 3-dimensional output (hours) 6 4 3Years simulated 90000 120170 161898Storage density 0,00002 0,00002 0,00002Distributed Archive Size (Pb) 3,19 86,05 2260,20
Perspectives CMIP à 10 ans
- Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
20
SI prefix Name Power of 10 or 2 Status
k kilo thousand 10 3 210 Count on fingers
M mega
G giga
T tera
P peta
E exa
Z zetta
Y yotta
million
billion
trillion
quadrillion
quintillion
sextillion
septillion
10 6
10 9
10 12
10 15
10 18
10 21
10 24
220
230
240
250
260
270
280
Trivial
Small
Real
Challenging
Aspirational
Wacko
Science fiction
Stuart Feldman, Google