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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). Access climate data in ESG from the EGI infrastructure. D'un projet CMIP à l'autre, d'un rapport du GIEC à l'autre.

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Access climate data in ESG from the EGI infrastructure

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Presentation Transcript

  1. Denvil Sébastien(1), Déandreis Céline(1) , Raciazek Jérôme (1), Petitdidier Monique (1), Gemünd André, Schwichtenberg Horst (1) Institut Pierre Simon Laplace (IPSL) Access climate data in ESG from the EGI infrastructure - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -

  2. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - D'un projet CMIP à l'autre, d'un rapport du GIEC à l'autre • CMIP3, 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

  3. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - Simulations proposées par CMIP-5 pour la préparation du 5e rapport du GIEC Long terme (centennal) Court terme (décennal) Évaluation Obs. Scénarios futurs Analyse de forçages et des réponse Compréhension

  4. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - Évolution du climat au 20e siècle Évolution du climat au 21e siècle Estimation des forçages radiatifs Sensibilité climatique et rétroactions des nuages Chimie et aérosols Couplage climat-carbone Simulations centennales proposées par CMIP-5 pour la préparation du 5e rapport du GIEC Thématiques d'intérêt pour l'IPSL Climat-carbone ( C4MIP) Nuages (CFMIP) Paléoclimat (PMIP) Aérosols (AEROCOM) Emissions (GEIA) Ozone (CCMVal) Paléo-climats Climat-carbone ( C4MIP, P. Friedlingstein) Nuages (CFMIP, S. Bony) Paléoclimat (PMIP P. Braconnot) Aérosols (AEROCOM, M. Schultz) Emissions (GEIA, C. Granier) Ozone (CCMVal, S. Bekki)

  5. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - Modèles de l'IPSL pour CMIP5 Modèle du système Terre (ESM) Composition Conditions aux limites Physique - Transport Biogéochimie Chimie tropo & aérosols (INCA) O3 aéro-sols Émissions autres que CO2 Climat • Atmosphère (LMDZ) • Continent (Orchidée) • Coupleur (OASIS) • Océan (Nemo) • Glace de mer (LIM) Ozone starto. (Reprobus) Émissions CO2 Carbone / CO2 (Orchidée, Pisces) CO2 Utilisation des sols Autres GES Volcans Insolation • Descente d’échelles régionales : • Statistique (moins coûteux en CPU) • Dynamique (coûteux en CPU)

  6. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - L’activité de modélisation du climat http://metaforclimate.eu/trac/browser/CIM/tags/version-1.5 Why What How Model Model Experiment Simulation Input: Coupling Output: Data Software Component 1..* 0..* 0..1 Parent Requirement Conformance Name Properties Description Coupling Framework 0..* Child

  7. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - 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 Forçage radiatif Concentration de CO2 RCP 8.5 RCP 6 RCP 4.5 RCP3-PD

  8. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - http://is.enes.org EU FP7 : IS-ENES & METAFOR IPSL CNRM CMCC EC-EARTH Earth System Grid Distributed : 3.3 Pb Adaptedfrom Taylor, WGCM, 2010

  9. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - https://prodiguer.ipsl.fr/

  10. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - https://prodiguer.ipsl.fr/

  11. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - 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)

  12. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - 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

  13. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - Méthodes de correction (2) • 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

  14. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - 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

  15. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - 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

  16. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - 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).

  17. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - Interopérabilité de système: authentification/autorisation 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 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

  18. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - 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).

  19. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - Perspectives CMIP à 10 ans

  20. - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 - SI prefix Name Power of 10 or 2 Status k kilo thousand Count on fingers 10 3 210 M mega G giga T tera P peta E exa Z zetta Y yotta million billion trillion quadrillion quintillion sextillion septillion Trivial Small Real Challenging Aspirational Wacko Science fiction 10 6 10 9 10 12 10 15 10 18 10 21 10 24 220 230 240 250 260 270 280 Stuart Feldman, Google

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