¿Qué recursos computacionales funcionarían para un pronóstico climático de 550 años de nuestra tierra?

Amigos, estoy en un aprieto.

Estoy escribiendo una historia futura ficticia para apoyar una serie de historias de ciencia ficción posteriores al colapso ambientadas ca. 2560 gregoriano. La primera historia, The Borax Road Affair , ha sido aceptada para su publicación en la próxima antología After Oil 3: The Years of Rebirth de Founders House Publishing.

Este mundo, al que llamo el "Circumpolar", es un conjunto de civilizaciones que han crecido alrededor del "Mar Polar" (su nombre para el Océano Ártico ahora libre de hielo, que se ha convertido en la encrucijada marítima del mundo. ) Ahora que estoy escribiendo la historia, principalmente para proporcionar antecedentes migratorios y lingüísticos para las poblaciones del Circumpolar, necesito rastrear algún tipo de desarrollo climático creíble a lo largo de los siglos.

Lo que estoy buscando es un programa de modelado climático basado en sistemas de toda la Tierra. Tiene que funcionar con nuestro planeta, no con una superficie planetaria inventada.

Estoy teniendo mala suerte para encontrar recursos útiles; en su mayoría, son sitios bien intencionados (pero inútiles para mí) que me permitirán calcular mi huella de carbono. Mi huella de carbono es irrelevante para este proyecto. Necesito la imagen planetaria durante siglos.

Otro problema muy real: los modelos climáticos subyacentes en los pocos modeladores/calculadores climáticos que he podido encontrar no permiten inserciones paramétricas intermedias que puedan modificar la ejecución.

Lo que necesito, particularmente

Preferiría un modelador en línea si es posible. Si necesito ejecutarlo sin conexión, preferiblemente algo escrito en Python o Java.

No necesito confianza predictiva ni poder. Sólo necesito plausibilidad científica.

Específicamente, necesito poder proporcionar:

  • una simulación mundial, década por década, del clima

  • en el que la población normalmente actúa como una variable dependiente pero puede ser modificada externamente a voluntad, en un momento determinado (por ejemplo, "OK, puedo hacer una plaga aquí y una hambruna allá ...")

  • en el que las emisiones de dióxido de carbono y metano debidas a la actividad humana se tratan como dependencias de la población, pero, nuevamente, se pueden modificar introduciendo coeficientes paramétricos de tiempo (y posiblemente geoespaciales) basados ​​en la economía y la tecnología.

Me doy cuenta de que no es demasiado realista, pero idealmente también me gustaría un modelo que pueda manejar temas tan difíciles como:

  • Estaciones.

  • Cambios en la capa de hielo, especialmente en Groenlandia, pero también en la Antártida.

  • Cambios en el nivel del mar.

  • Potencial de eventos anóxicos en el océano a medida que aumenta el contenido de CO 2 atmosférico.

Estoy trabajando dentro de restricciones muy explícitas aquí, y agradecería profundamente si las respuestas y los comentarios respetan esas restricciones.

Restricción #1: Ciertos barcos ya han zarpado/La pasta de dientes no puede volver al tubo/Ya estoy registrado.

Debido a que la primera historia está en proceso de publicación, no puedo retractarme de ninguna de las suposiciones que hice al escribir esa historia. En particular:

  • Ya tengo mis perfiles tecnológicos resueltos. El presupuesto energético de las civilizaciones Circumpolares no incluye combustibles fósiles, fuentes de energía nuclear o exóticas. En otras palabras, todas las personas que existen tienen acceso a la energía extraída del Sol o, en ocasiones , de fuentes geotérmicas. Hago un punto de esto porque muchas personas podrían querer discutir esto. Está fuera de la mesa.

  • Un calentamiento global menos que peor ha alcanzado su punto máximo, debido a la rápida desindustrialización basada en el colapso en los siglos XXI y XXII, y está comenzando a disminuir. Necesitaré poder ajustar la curva de los resultados de mi modelo climático para que se ajusten a eso.

  • El oeste de América del Norte se ha vuelto inhabitablemente árido para los puntos del sur de Denver de hoy en día. Tuve que improvisar para la historia de Borax Road, pero la existencia de la región "Dead Dry" es un punto fundamental de la trama. Las condiciones del desierto llegan tan al norte como las llanuras de Alberta (cuando las personas de la historia, que viven en las colinas no lejos de la actual Banff, hablan de salvar recursos de "La Ciudad", se refieren a Edmonton). es otra cosa que tendré que modificar mis modelos climáticos para adaptarlos.

  • El Mar Polar todavía está en gran parte ecológicamente vivo. Cualquier colapso ecológico, especialmente los eventos anóxicos, hasta ahora no han destruido las especies vivas del Ártico. El bioma ha cambiado, por supuesto, pero todavía no suspira por los fiordos .

Restricción #2: No puedes cambiar las leyes de la física. Además, la magia no puede cambiar el clima.

El editor de la serie After Oil , John Michael Greer, propietario de The Archdruid Report , hizo su convocatoria en forma de concurso. Aquí está la declaración oficial de las reglas del concurso:

Los requisitos son los mismos que antes:

  • Las historias deben tener entre 2500 y 7500 palabras de extensión;
  • Deben ser enteramente obra de su autor o autores, y no deben tomar prestados personajes o escenarios de la obra de otra persona;
  • Deben estar en inglés, con ortografía, gramática y puntuación correctas;
  • Deben ser relatos —narraciones con argumento y personajes— y no simplemente un recorrido guiado por algún rincón del futuro tal como lo imagina el autor;
  • Deben estar ambientados en nuestro futuro, no en una historia alternativa o en algún otro planeta;
  • Deben ser obras de ficción realista o ciencia ficción, no de fantasía mágica o sobrenatural, es decir, el escenario y la historia deben seguir las leyes de la naturaleza tal como se entienden actualmente; [énfasis mío]
  • Deberían abordar directamente el impacto del pico del petróleo y los límites del crecimiento en general en el futuro; y como antes,
  • No deben depender de “murciélagos espaciales extraterrestres”, es decir, dei ex machina insertados para permitir que la humanidad esquive las consecuencias de los límites del crecimiento. (Los aspirantes a autores pueden querer leer la publicación completa de " Alien Space Bats " para obtener una explicación más detallada de lo que quiero decir aquí).
Es decir, las historias que encontrarán un lugar en la segunda antología, como las que poblaron la primera, contarán con seres humanos como tú y yo, lidiando con las secuelas de la era industrial en un mundo que razonablemente podría ser nuestro futuro. , y vivir vidas que son desafiantes, interesantes y tal vez incluso atractivas en ese entorno. Me gustaría hacer una sugerencia adicional esta vez: no se conforme con su futuro pospetróleo ordinario, común o de jardín. Hazlo plausible, hazlo lógico, pero hazlo diferente .

Ahí lo tienes. Expuse mis limitaciones en detalle; gracias por leerlos; por favor, trátelos como son. Estoy trabajando dentro de ellos, no construyendo un mundo desde cero. :-)

Tenga cuidado con el caos, como en el caos de la ciencia, porque a veces obtendrá un resultado diferente si avanza década por década que si solo ejecuta la simulación durante varias.
Creo que la dificultad aquí es que no estás buscando tanto una simulación (en el sentido científico) como un modelo razonable. Como resultado, es posible que te vaya mejor con las herramientas de juegos (aunque no puedo pensar en ninguna herramienta específica para sugerir) que con las de simulación. Es un área para investigar también de todos modos.
@TimB, tienes razón. Un modelo razonable es todo lo que necesito. Gracias por la sugerencia de investigar las herramientas de los juegos. ¿Realmente se fijan en modelos globales serios? La mayor parte de lo que he visto parecía funcionar en una escala muy pequeña, utilizando una cuadrícula de posicionamiento rectangular sin bases cartográficas. ¡Espero haber sido demasiado pesimista!
@BillBlondeau, he estado jugando con ideas similares (es decir, solo estoy leyendo una investigación en este momento), pero me interesaría ver qué herramientas de juego has encontrado (solo puedes proporcionar las URL). Gracias.
¿Has mirado en EdGCM? edgcm.columbia.edu
@jamesqf, no, no lo había hecho. Esto parece que podría ser lo que estoy buscando. No ejecuto Windows, pero el programa podría funcionar bien en Wine ; y tengo acceso a una Mac bastante potente.
El problema es que todavía no conocemos el clima de la Tierra lo suficiente como para estar seguros. Conocemos grandes riesgos, que pueden incluir comentarios positivos, como el metano del permafrost derretido o los clatratos de metano en los fondos oceánicos, que pueden derretirse si el océano se calienta. No tenemos idea de qué tan grave podría ser el daño adicional, pero debido a los comentarios positivos, podría ser realmente malo (tan malo que su desindustrialización podría no ser suficiente para revertir el daño).
@PeterMaisar, cierto (y +1 por mencionar los bucles de retroalimentación). No tengo ninguna esperanza de colocar mi historial futuro en la parte posterior de una predicción sólida. No solo estoy de acuerdo con usted en que la confianza predictiva es inalcanzable, ni siquiera la quiero : encuentro la predestinación extremadamente desagradable, y hay una repugnancia similar pero menor en eliminar el elemento sorpresa de un planeta en crisis. ;-) No, todo lo que quiero es plausibilidad científica. La inevitabilidad es menos interesante.
Mi software BOINC está ejecutando software de ClimatePrediction.net . Tal vez eso te lleve a alguna parte...
es trivial hacer un pronóstico climático para cualquier período en el futuro. Hacerlo preciso es el problema.
Si no puede encontrar nada que funcione, ME ENCANTARÍA intentar hacer esto para usted: D
Si bien puede usar java o python como contenedor para su modelo, la lógica de trabajo real probablemente estaría escrita en C. Una de las herramientas de modelado exactas que necesitaría es Tensorflow, que envuelve el cálculo de modelado complejo altamente optimizado con API en python, java (y derivados) y posiblemente algunos otros lenguajes. Si bien el flujo de tensor se usa principalmente para el aprendizaje automático, cualquiera que entienda las matemáticas puede usar las funciones de cálculo matricial.
¿Escribiste más historias y/o tu historia futura? Casi tres años después, tengo curiosidad por saber cómo funcionó esto para ti.
@MonicaCellio, gracias por recordar. :-) Empezó a funcionar bien. Vendí otra historia a la siguiente antología de la serie, After Oil 4: The Future's Distant Shores . Esa historia, " Finding Flotsam ", estaba ambientada en el mismo mundo, pero por restricciones editoriales terminé subiéndola a ~3970 gregoriano. Desafortunadamente, intervinieron una serie de desastres de la vida real. Desaparecí durante varios años. Pero ahora vuelvo a escribir.
@JBH Si bien entiendo y estoy de acuerdo con la urgencia de consolidar preguntas superpuestas, no veo que esta pregunta de 4 años sea realmente un duplicado de la pregunta vinculada de 5 años. Si bien no se dice directamente, están pidiendo cosas algo diferentes. Mi opinión es que debería haber un umbral mucho más alto para cerrar preguntas muy antiguas.
@Cyn "algo diferente" no es suficiente y vincularlos como duplicados permite a las personas seguir una cadena. Esto no es un castigo. es un servicio
@JBH eso es justo. Así que veamos las respuestas. Solo hay una respuesta en la otra pregunta y parece bastante diferente (enfocada en una necesidad diferente) de las aquí.
@Cyn, ¿qué estás tratando de lograr? Ninguno de los usuarios ya está activo, por lo que no estás protegiendo sus sentimientos. Por otro lado, las tres preguntas vinculadas piden lo mismo fundamental: software para modelar o simular el tiempo/clima. Hay valor en vincularlos como duplicados. ¿Cuál es el valor de no vincularlos?
@JBH No me opongo a vincularlos. Es cerrarlos que no estoy seguro de que sea correcto.
Su problema no es el poder de cómputo, son los límites de precisión.

Respuestas (7)

Solo hay dos modelos que conozco que podrían escalar a la línea de tiempo que ha enumerado ...

CMIP5 - http://cmip-pcmdi.llnl.gov/cmip5/ intenta abordar el clima más allá de 2100.

y el otro es CM2.x hecho a través de NOMADS (Sistema Nacional de Distribución y Archivo de Modelos Operativos de la NOAA)... http://nomads.ncdc.noaa.gov/thredds/catalog/gfdlcm2x/catalog.html es su sitio más antiguo, yo No he actualizado mis enlaces recientemente.

La mayoría de los otros modelos que conozco ni siquiera intentarán hacer nada más de 1 mes.

Ambos realmente no avanzan más allá de 2100 ya que realmente no tenemos mucha información sobre el tema... Nuestra fecha siempre cambiante de la región polar libre de hielo es un buen ejemplo de eso. Un elemento en el que estamos realmente a oscuras es el sol (juego de palabras) y sus diversas fases son muy desconocidas. Las manchas solares parecen disminuir en gran medida y, si ese patrón continúa, es posible que veamos un ciclo solar mínimo que podría hacer que el globo se enfríe un poco una vez más. Desafortunadamente, hay tanta variación (incluido el comportamiento humano) que debe incluirse que probablemente podría crear una simulación climática, ejecutarla 5000 veces y que ninguna de esas simulaciones termine con el mismo resultado.

La potencia de procesamiento requerida para ejecutar estos modelos es bastante intensiva... eso y el mejor modelo de pronóstico que hemos encontrado es ejecutar el modelo miles de veces y trabajar con los promedios de muchas ejecuciones.

Honestamente, en ese rango de fechas... puedes ser bastante creativo. Si desea un modelo para él, simplemente depende de que otra persona sea tan creativa para usted y lo programe en forma de modelo.

Nota al margen completa... Banff está a una distancia considerable de Edmonton... Vaya con 'Jasper' a unas 3 horas en coche al norte de Banff si quiere vivir en la montaña cerca de Edmonton.

Dado que el clima es un sistema vasto y caótico donde las salidas no están relacionadas linealmente con las entradas, ya sea espacial o temporalmente, lo que está pidiendo es esencialmente imposible. Solo mirar lo difícil que es obtener un pronóstico preciso de 7 días de Weather Network o cualquier otro servicio de predicción del tiempo debería darle una idea de a qué se enfrenta.

Dado que está escribiendo una historia (o una serie de historias), puede conectar algunos eventos que históricamente han cambiado el clima donde sea que encaje. Se sabe que las explosiones de supervolcanes como Tambora tienen efectos refrescantes en el clima (el "año sin verano" de 1815 es un claro ejemplo). Los cambios en la salida del sol tienen un efecto definido; la Pequeña Edad de Hielo parece claramente ligada al mínimo de Maunder. Lo que calienta el planeta parece un poco menos claro; el buen clima que parece haber disfrutado el Imperio Romano o el Período Cálido Europeo obviamente no son el resultado de ninguna actividad tecnológica por parte de los seres humanos, sino la capacidad de hacer agricultura campesina en Groenlandia en el 1100 o cultivar uvas en Escocia y hacer vino en los años 1300 son una evidencia bastante clara de que las cosas realmente eran diferentes entonces.

Y, por supuesto, dado que su historia está ambientada 500 años en el futuro, no hay razón para que los seres humanos de esa época no pudieran simplemente ajustar el clima a su gusto, ya sea liberando gases a la atmósfera en cantidades controladas o utilizando tecnología y manipulación biológica para sustraer gases. Los pelotones de espejos solares en órbita para iluminar o sombrear partes de la Tierra también tendrían efectos globales. Puede imaginar otras "arreglos" tecnológicos que los seres humanos dentro de 500 años podrían estar haciendo.

Votó a favor por mencionar lo que todos los demás están evitando: el clima es un sistema caótico, esencialmente imposible de predecir en escalas de tiempo largas (y no demasiado fácil en una semana), sin importar lo que nos digan los políticos.
@frank su declaración está combinando el tiempo y el clima.
@frank Para aclarar: "clima" es "¿Lloverá mañana en Nueva York?" pero "clima" es "¿lloverá entre el 25 y el 30% del tiempo en la costa este de Eurasia?". El cambio climático es predecible; no con mucha precisión, pero lo suficiente como para mostrar una tendencia general. La mayoría de las predicciones sobre el cambio climático son simplistas, unen los puntos de "lo que ha sucedido" con una línea, luego extrapolan esa línea y leen lo que dirá en el futuro. En realidad, modelar el clima durante cientos de años es mucho más costoso desde el punto de vista computacional y, aunque es menos preciso, es más preciso la mayor parte del tiempo.

Si es consciente de que no es posible una predicción sólida y encuentra que la predestinación es desagradable, puede poner sesgos en cualquier dirección que desee para empujar la balanza.

¿Quieres distopía? Libera el metano.

¿Quieres que la Tierra se limpie completamente? Que los humanos inventen/diseñen bacterias eficientes que conviertan CO 2 de la atmósfera de vuelta al petróleo, y bombearlo de vuelta al subsuelo.

Ambos resultados son plausibles. Por cierto, esa bacteria ya se encontró, es difícil de cultivar a escala industrial (y los bio-magos de Yale están trabajando en ello).

Estos modelos no son precisos en los cortos períodos de tiempo para los que están diseñados, usarlos para predicciones a 500 años de distancia sería peor que lanzar dardos. Poniéndolo de otra manera, estarías igual de equivocado pero con extrema confianza, jajaja y algunas personas asumirían que estabas en lo correcto basándose en el uso de un modelo de computadora.
@ Jim2B: lanzar dardos es un método válido que funciona mejor que la intuición humana; es posible que haya oído hablar de en.wikipedia.org/wiki/Monte_Carlo_method : todo depende de cuán honestos sean sus aportes. Los hechos son cosa obstinada.

No sé mucho sobre el clima, pero sé Universe Sandbox 2 ofrece una simulación climática básica en la que puede hacer que el mundo se convierta en una bola de nieve debido a los cambios en el CO2, arrojarle grandes rocas, acercarlo al sol, etc. Esto puede no ser científicamente preciso, pero le daría imágenes muy satisfactorias para mirar. .

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esta es una buena respuesta. ¡Y está disponible en Steam !

Me encantaría poner algo brillante, ingenioso, útil y profundo aquí, ya que esta pregunta lo merece.

Lamentablemente no los tengo a la mano. Puedo decirles que existe un software (código abierto) llamado "Earth System Modeling Framework" . No es una solución lista para usar y se sabe que requiere recursos informáticos sustanciales, pero podría ayudarlo a orientarse en la dirección correcta.

Según su investigación hasta el momento, ¿ha considerado que los eventos no lineales serían casi una certeza? Liberaciones de clatrato de metano, efecto de la despoblación en la reforestación, niveles oceánicos y salinidad, efecto de las corrientes oceánicas cambiantes en las temperaturas costeras, etc.

Espero sus publicaciones, una de las muchas cosas que distinguen a autores como Michael Crichton fue la investigación detrás de las páginas de las palabras. El tuyo es un curso similar, te deseo éxito!!

Sé mucho sobre modelos de paleoclima toscos. Puedo ayudar un poco aquí.

En resumen, te puedo garantizar que no existe ningún modelo de escritorio para hacer lo que tú quieras; esto es firmemente territorio de supercomputadoras. En el mejor de los casos, deberá echar un vistazo a las simulaciones de otras personas. Incluso esto será difícil, es de esperar que pueda encontrar informes de un modelo CMIP5 que desglose el mapa de temperatura y precipitación década por década. La herramienta Cait de WRI o https://climexp.knmi.nl/start.cgi podrían ser de ayuda aquí. El clima de Potsdam insta. también podría tener buenas fotos.

En general, puede esbozar lo plausible de un conjunto de resultados de simulación y escribir una historia al respecto.

Las historias más importantes que se desarrollarán aquí serán humanas y políticas: ¿cuándo se derrumba una región en particular en respuesta a unos pocos años de cosechas inferiores al sustento? ¿Cómo es esa bola de nieve geopolíticamente? -- que están más bajo el control del autor que esclavos de una predicción por computadora.

Sugiero que el movimiento de la ITCZ ​​y la consiguiente precipitación, junto con un calentamiento general que potencia las tormentas y las letales olas de calor, serán los principales factores de estrés globales. Los puntos críticos podrían ser la sequía de África (cultivos limitados por precipitaciones), la inundación de bangladesh a medida que aumenta el nivel del mar, una crisis alimentaria en Indonesia si la temporada de lluvias ya no permite tres cosechas de arroz, o Pakistán/India dada la migración de Bangladesh más sus propias preocupaciones sobre los monzones .

EDITAR: acabo de mirar edGCM, que pretende hacer algo cercano a lo que deseas. Genial, bien hecho esos muchachos y recomiendo echar un vistazo. Una palabra de advertencia: Deben usar muchas parametrizaciones para simplificar su modelo, lo que casi seguramente significará que tienen extrapolaciones lineales sobre el comportamiento actual en lugar de trabajar toda la física desde cero. Esto será lo suficientemente bueno como para orientarlo en la dirección correcta, pero sospecho que no trata a los océanos adecuadamente, ni tiene un esquema de precipitación real que demuestre efectos como el ITCZ ​​en movimiento. Lo que significa que será algo correcto, pero perderá precisión rápidamente si se lo empuja a un comportamiento extremo como un ártico completamente líquido (porque eso alteraría fundamentalmente la dinámica del océano,

Actualmente, ni siquiera podemos predecir 550 horas en el futuro con la certeza de llevarlo al banco.

Haz que el clima global sea lo que sea necesario para los propósitos de tu narrativa. Manténgalo plausible, como dictan las órdenes de marcha, lo que significa que:

  • El verano es más cálido/caliente/no tan frío como el invierno;
  • El ecuador es más cálido/caliente/no tan frío como los polos;
  • Las áreas continentales interiores tienen mayores temperaturas extremas que las áreas costeras;
  • El agua que se evapora en un lugar eventualmente tiene que precipitar en alguna parte;
  • Los cambios rápidos en el clima local son raros.
550 horas: irrelevante. El clima a escala a corto plazo no importa, solo los promedios y las tendencias. La naturaleza caótica del corto plazo significa que no se puede predecir la lluvia en un día específico, pero en diferentes escalas vuelve a ser manejable.
No creo que esté escribiendo una simulación, y tales modelos están mucho más allá de su lista de verificación.
¿Qué recursos computacionales funcionarían para un pronóstico climático de 550 años de nuestra tierra?
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