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20/9/10 - DJ:

El clima, en nuestras manos

T.E.L: 6 min. 18 seg.


Un software que permite realizar simulaciones climáticas: EdGCM, especialmente pensado para educación y divulgación. Aquí contamos de qué se trata. Porque si existe una influencia humana sobre el clima, no es momento de lavarse las manos.
EdGCM


La mayoría de los investigadores del clima creen que el cambio climático afectará tanto al medioambiente como al escenario político-económico del mundo. Es por eso que es bueno tener un conocimiento básico sobre el sistema climático del planeta para poder realizar juicios informados acerca de esta cuestión.

Hablé de eso aquí en otras ocasiones. La última entrada al respecto era sobre los escépticos del cambio climático. Allí informé de un software para realizar simulaciones: EdGCM.

No me gusta sólo recomendar soft o libros u otras cuestiones sin haberlas probado/leído antes. En algunos casos la divulgación lo amerita, pero trato de saber de lo que estoy hablando. Sin embargo, en aquella ocasión, para poder probar este programa era obvio que iba a necesitar de un buen tiempo.

Cualquier simulación por ordenador suele demandar una cantidad de tiempo considerable, cuando se trata de cuestiones que incluyen muchos parámetros a simular durante varios años. En este caso, no es muy distinto, aunque la plataforma se haya pensado para educación.

Es que realizar una simulación en EdGCM puede tardar unas 18 horas para simular unos 142 años, que son nada en comparación con simulaciones más ambiciosas.
Así y todo, 18 horas de demanda de PC puede ser muchísimo para quienes usamos el ordenador habitualmente.

Es por eso que recién ahora puedo hablar con un poco más de detalle de esta aplicación.

EdGCMMapa EdGCM: Notar los países en los continentes. Es una de las opciones de visualización.


Los modelos de clima global por ordenador (Global Climate Models o GCMs) son herramientas de vital importancia en la investigación del clima, pero hasta ahora nosotros, el público de a pie, quedábamos un poco al margen del asunto.

EdGCM cambia esto brindando un modelo climático, un GCM con una interfaz amigable que puede ser corrida en una PC de escritorio.

El programa fue desarrollado por el Instituto Goddard para estudios espaciales en NASA (GISS, sigla de Goddard Institute for Space Studies).

El programa se puede descargar en forma gratuita, de prueba, por 30 días, luego de enviar nuestra dirección de correo electrónico. A vuelta de correo tendremos un enlace para descargar la aplicación.

Está diseñado para Windows XP/Vista y Mac OS X 10.3 en adelante.
Requiere de 1 GB de espacio libre en disco (para instalación) y más de 4 GB para las simulaciones.
512 MB RAM mínimo recomendado.
No requiere conexión web.

Al abrir el programa elegiremos la opción Demo, tras lo cual veremos una barra de herramientas y un menú.
Dentro del menú podremos acceder rápidamente al directorio del programa (con sus correspondientes manuales) y al directorio de salida.

El programa funciona con una base de datos de 4th Dimension que organiza la gran cantidad de datos de salida generados por las simulaciones.

Gráfico EdGCM


En el corazón de EdGCM está el Modelo II de GISS (Hansen et al., 1983), un modelo tridimensional que resuelve numéricamente las ecuaciones físicas de conservación de energía, masa, momento, humedad, etc.

Las simulaciones
Desde el menú o la barra podemos acceder a las simulaciones. Allí veremos algunas ya creadas (no corridas). Esto es, archivos precreados con determinados parámetros para estudiar cuestiones en particular.
Podemos crear nuestra propia simulación con los parámetros deseados partiendo de cero o bien copiar una de las pre-hechas para cambiar sólo algunos.

El botón "Scenario" está pensado para diseñar plantillas para tareas de clase, por ejemplo.

Una de las simulaciones pre-creadas es Global Warming que establece un ppm de 315.4 inicial para el 1/1/1958 y lo incrementa linealmente en 0.5 ppm por año hasta el 2000 y luego exponencialmente por un adicional de 1% por año desde el 2000 al 21/12/2100.

Si corremos esta simulación ¿cuánto tardaremos?

La velocidad
La velocidad de proceso dependerá de nuestra computadora, principalmente la CPU. Si tenemos una arquitectura de 64-bits será mucho más rápido que en una de 32.

El GCM de GISS divide la atmósfera en un sistema de red (grid) tridimensional. La versión de EdGCM usa una red de 8ºx10º (latitud y longitud) y tiene nueve capas verticales en la atmósfera y dos de suelo. Correr el modelo implica resolver una serie de complejas ecuaciones físicas para cada celda en la grilla y un solo año puede incluir millones de cálculos.

Para simulaciones de interés se suelen requerir un mínimo de 10 años, aunque algunas pueden requerir al menos cinco décadas.

Según el manual de operaciones, una CPU Intel Core 2 Duo, 2.4 GHz demandará un día de CPU (24 horas) en simular 180 años (por procesador).

En la simulación Global Warming antes citada, tenemos desde 1958 al 2100, unos 142 años. Si nuestra PC de 32 bit logra simular 180 años en 24 horas, nuestra simulación demandará:
142/180=0.7888 días.
Si 1 día son 24 horas, 0.7888 son 18 horas!!

Estas simulaciones pueden detenerse y retomarse ya que no comienzan de cero cada vez, sino desde donde se llegó la última vez corrida. Es decir que podemos hacer la simulación a lo largo de varios días sin problemas.
Al correr una simulación se abrirá una ventana Fortran con un botón para detener y otro para continuar.
Ventana Fortran de simulación en EdGCM


Reportando en eJournal
Una opción interesante son los eJournal. Una posibilidad de crear reportes con sus correspondientes secciones y utilizando imágenes fáciles de usar e insertar gracias a una galería propia.
Estos reportes digitales pueden también copiarse para usarse como plantilla y editarse cuando se lo desee.
eJournal en EdGCM


La librería y la limpieza
La aplicación posee una librería de simulaciones desde la cual es posible acceder a una aplicación de "limpieza". Es que los GCM son buenos no sólo en simular el clima global, sino también en generar grandes cantidades de datos y dejar al disco duro sin lugar rápidamente.
La aplicación permite visualizar, por simulación, el espacio usado y borrar "inteligentemente" aquellos archivos que no sean necesarios.
La opción avanzada permite elegir qué borrar manualmente.
CleanUp en EdGCM


Quiero ver mis resultados
Una vez terminada una simulación es posible visualizar los resultados a través de otra herramienta llamada EVA.
Pero primero debemos ir a la ventana de Análisis de salida que permite cuatro tipos de datos: mapas, Promedios zonales, Series de tiempo y deslizadores verticales. Hay una quinta opción para Tablas de diagnóstico.
Analisis en EdGCM


A la izquierda de la ventana de análisis veremos todos los años de la simulación en cuestión. Debajo dos botones para los últimos 5 y 10 años. Si usamos estos botones se seleccionarán esos últimos años y se realizará el promedio de datos. Debajo, en Averages, aparecerá, luego de una ventana Fortran que se abre para realizar los cálculos, ese rango.
También podemos seleccionar manualmente cualquier rango deseado.
Mapa en EdGCM


Una vez con el rango establecido, podemos seleccionar en la parte del medio de la ventana varios parámetros: topografía, cobertura de nieve, precipitación, velocidad de viento de superficie, etc. Podemos elegir esos parámetros en forma mensual, trimestral, estacional o anual.
Luego de seleccionar los parámetros elegimos Extraer y se mostrará en la parte derecha de la ventana los datos seleccionados.

Para visualizar estos datos, al pulsar View, se abrirá EVA. Se trata de una aplicación escrita en IDL especialmente creado para los archivos de salida de EdGCM que son archivos netCDF.
Mapa en EdGCM


Con EVA podemos visualizar gráficamente los mapas 2d (latitud vs. longitud) o porciones verticales de latitud vs. altitud (presión) y podemos diferenciar datos de dos simulaciones distintas. Es decir, usar dos archivos de simulaciones para visualizar las diferencias entre ambos relacionadas con una variable.

En las opciones de EVA podemos elegir que se muestren los datos junto con los mapas.
mapa en EdGCM


Y los gráficos pueden personalizarse de varias maneras, usando diferentes configuraciones de continentes, colores, etc.

Conclusiones
Se trata de una aplicación muy completa que demandará sentarse a adquirir cierto conocimiento a la hora de usarla. ¿Qué significan los parámetros?
¿Qué tener en cuenta a la hora de hacer una simulación desde cero?
Además, está todo (soft y manuales) en inglés, lo que para muchos puede ser un impedimento y para otros, una fabulosa manera de practicar ese idioma si se lo conoce o se lo está aprendiendo.
El costo del software es de USD 249, aunque se puede probar gratis por 30 días, tras indicar una casilla de correo electrónica válida.

Creo que se trata de una manera práctica de entender qué hacen los investigadores del clima. Por cierto, esta es sólo una parte. ¿Cómo se obtienen los datos, en primer lugar?
Empero, como parte del entendimiento, los modelos computacionales son una referencia incuestionable, en virtud de que su uso es lo que permite entrever el pasado y el futuro del clima, así como poner de relieve si los modelos sirven.

Video: EdGCM

http://www.youtube.com/watch?v=9kS8c_cBEkQ
Video realizado por mí con CamStudio, con subtítulos, usando EdGCM de NASA/GISS/Universidad de Columbia


La página web de EdGCM posee más datos y videos y un foro con más información.

INDICADORES DEL CLIMA, ONLINE
El centro de datos de clima de EE.UU. puso a disposición del público, en la red, una página con indicadores del clima. Se pueden visualizar diferentes variables, usando distintos modelos, incluyendo GISS.

NOAA


Fuentes y links relacionados



Sobre las imágenes

  • Capturas de pantalla y logo de EdGCM. Crédito: NASA/GISS-Columbia University.


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