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Sébastien Denvil, Ashish Bhardwaj, Franck Corsini, Mark Morgan, Hans Moulron, Jérôme Raciazek, Philippe Weill, JL. Dufresne. Analyses multi-modèles ; multi-ensembles.

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1 Sébastien Denvil, Ashish Bhardwaj, Franck Corsini, Mark Morgan, Hans Moulron, Jérôme Raciazek, Philippe Weill, JL. Dufresne. Analyses multi-modèles ; multi-ensembles CMIP5. Le projet Prodiguer. (IPSL Climate Modeling Center)

2 CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Laboratoires et tutelles

3 CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL PLAN 1. Lactivité de modélisation du Climat 2. Dun projet CMIP à lautre 3. Accès et organisation des données CMIP5 4. Prodiguer et CMIP5 5. Analyses

4 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Modèles de l'IPSL Chimie tropo & aérosols (INCA) Ozone starto. (Reprobus) Émissions autres que CO 2 Volcans Insolation Relief Atmosphère (LMDZ) Continent (Orchidée) Coupleur (OASIS) Océan (Nemo) Glace de mer (LIM) Modèle du système Terre (ESM) Climat Physique - Transport Conditions aux limites Carbone / CO 2 (Orchidée, Pisces) Biogéochimie Émissions CO 2 Autres GES Composition CO 2 O 3 aéro- sols Descente déchelles régionales : Statistique Dynamique Utilisation des sols

5 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Tropospheric chemistry & aerosols (INCA) Stratospheric chemistry / ozone (REPROBUS) Emissions Land use Volcanoes Solar irradiance Physic – Transport Atmosphere (LMDZ) Surface (ORCHIDEE) Ocean (NEMO/OPA) Sea ice (NEMO/LIM2) Coupler (OASIS) IPSL Earth System Model (ESM) Global climate Regional climate Various kind of Model Impacts studies Dynamical Downscaling Statistical Downscaling Carbon / CO 2 (ORCHIDEE, NEMO/PISCES)

6 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Stratospheric chemistry / ozone (REPROBUS) Emissions Land use Volcanoes Solar irradiance Physic – Transport Atmosphere (LMDZ) Surface (ORCHIDEE) Ocean (NEMO/OPA) Sea ice (NEMO/LIM2) Coupler (OASIS) IPSL Earth System Model (ESM) Global climate Regional climate Various kind of Model Impacts studies Dynamical Downscaling Statistical Downscaling Carbon / CO 2 (ORCHIDEE, NEMO/PISCES) Tropospheric chemistry & aerosols (INCA)

7 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Land physics and hydrology Ocean circulation Atmospheric circulation and radiation Land physics and hydrology Ocean ecology and Biogeochemistry Atmospheric circulation and radiation Allows Interactive CO 2 Ocean circulation Plant ecology and land use Climate Model (AOGCM) Earth System Model (ESM) Sea Ice An Earth System Model (ESM) closes the carbon cycle

8 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL ExperimentSimulation Input: Coupling Output: Data Model Requirement 1..* Conformance 0..* Software Component Name Properties Description Coupling Framework 0..1 Parent 0..* Child Une simulation climatique WhatWhyHow METAFOR schema : METAFOR site :

9 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Initialization: How is this done? Implications for you Modelers make a long Pre-industrial control -Typically 1850 or 1860 conditions Perturbation runs start from control - Model related to real years only through radiative forcing - Solar, volcanoes, human emissions, land use, etc. Each ensemble member an equally likely outcome Do not expect wiggles to match – model vs obs

10 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Coupled Model Intercomparison Project(s)

11 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL About 18 groups using 24 models participated. More than 1000 papers written using CMIP3 database Downloads continue at very high rate CMIP3/AR4

12 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Un intérêt qui ne se dément pas CMIP3/AR4

13 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Quelques chiffres AR 4 (Assessment Report #4), groupes de modélisation 35 Terabytes 77,000 fichiers Quantité de données distribuée : 303 Terabytes fichiers. Les groupes ont généré et exploités probablement 10x plus de données AR 5 (Assessment Report #5), ~ 2013 Un facteur 30 à 50 en volume Une volonté de distribué une plus grande proportion des données La base de données doit être distribuée CMIP3/AR4

14 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL D'un projet CMIP à l'autre, d'un rapport du GIEC à l'autre CMIP3, IPCC-AR4 (2007) => 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) => Des simulations « centennales » variées: 20 et 21 è 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 (aqua-planète,...) => Des simulations décennales

15 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Un compte à rebours Fin 2009 Fin 2010 : Simulations Climatiques Mi 2010 ? : Distribution des données Fin 2010 Juillet 2012 : soumission des articles Septembre 2013 : IPCC AR5 WG1 session plénière Octobre 2014 : Prix Nobel? CMIP5/AR5

16 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Simulations proposées par CMIP-5 pour la préparation du 5 e rapport du GIEC Long terme (centennal) Court terme (décennal) Évaluation Obs. Scénarios futurs Compréhension Analyse de forçages et des réponse

17 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Simulations centennales proposées par CMIP5 pour la préparation du 5 e rapport du GIEC Paléo- climats Sensibilité climatique et rétroactions des nuages Couplage climat-carbone Chimie et aérosols Estimation des forçages radiatifs Évolution du climat au 20e siècle Évolution du climat au 21e siècle 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) Thématiques d'intérêt pour l'IPSL Climat-carbone ( C4MIP) Nuages (CFMIP) Paléoclimat (PMIP) Aérosols (AEROCOM) Emissions (GEIA) Ozone (CCMVal)

18 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Quatre scénarios futures (dont un très optimiste) : RCP8.5, RCP6.0, RCP4.5, RCP 2.6 Noms basés sur le forçage en 2100 (W / m**2) Détail des émissions et concentrations sur : Travail à rebours pour les « modélisateurs Intégrés » Bâtir les scénarios d'activité correspondant à ces forçages CMIP5/AR5

19 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Scénarios définis en termes de forçage radiatif Travail en parallèle des communautés« climat » et « socio- économique » Scénarios futurs incluant des politiques de contrôle des perturbations anthropiques Un scénarios pour limiter le réchauffement à 2°C environ Forçage radiatif Concentration CMIP5/AR5

20 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Near Term - Core 10 year hindcasts Initialized at 1960, 1965, 1970 … 3+ ensemble members 30 year forecasts Initialized at 1960, 1980, ensemble members CMIP5/AR5

21 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Near Term – Tier 1 Investigate role of short live species Investigate alternative initialization methods 100 yr control and 1% run (if not doing long term experiments with same model) Increase ensemble size to 10+ Hindcast without volcanoes Runs initialized in 200X 2001, 2002, 2003, 2004, 2006, 2007, 2008, … Prediction with Pinatubo-like event in 2010 CMIP5/AR5

22 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Modèles de l'IPSL LMDZ-ORCHIDEE-ORCA-LIM-PISCES-INCA-REPROBUS-OASIS Modèle intégré du système Terre (ESM), physique éprouvée: IPSL-CM5A Basse résolution IPSL-CM5A-LR (3.75°x2°L39) Oce: 2° Moyenne résolution IPSL-CM5A-MR (2.5°x1.25°L39) Oce: 2° Simulations demandées (toutes) de sensibilité avec niveaux d'intégration Simulations demandées (principales) guidage mod. régionaux de sensibilité Modèle avec nouvelle physique IPSL-CM5B Basse résolution IPSL-CM5B-LR (2.5°x1.25°L39) Oce: 2° Simulations demandées (principales) Moyenne résolution (2.5°x1.25°L39) Oce: 2° Haute résolution (2°x1°L39) Oce: 0.5° CMIP5/AR5

23 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Accéder aux résultats CMIP5 Contact cmip5-helpdesk (AT) stfc.ac.uk

24 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Coupled Model Intercomparison Project (5) > 20 groupes de modélisation du climat > 50 expériences numériques > 86 simulations pour satisfaire aux expériences > 6500 ans de simulation > 800 To darchive actuellement 1 Po (3 Po) envisagés d'ici 1 an (2 ans) Coordination de laspect données PCMDI: Communauté CMIP5 BADC et WDCC: Communauté Climat Européenne et IPCC working group 2 et 3 (mandat IPCC-DATA.ORG) 3 Décembre 2008: MoU Tripartite (PCMDI, BADC, WDCC) CMIP5/AR5

25 CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL PCMDI et al. NASA, JPL & ESA Modeling Centers Weak Link Modelers, PCMDI, JPL, ESA, Community Who does what? Produce Simulations & Projections & make them available (HUGE job; focus on model development) Model output archived in a uniform fashion to facilitate access and analysis. (Far from trivial – see below) Sophisticated development and application of model diagnostics for evaluation (Observations needed here, but which ones?) Identify and deliver/archive observations in form useful for model analysis (Requires model, obs and IT expertise) Develop global observations relevant to climate change research (Focus on hardware, retrievals, delivery) Enormous Model Output/Complexity To quantify and reduce uncertainty, this chain has to work. Waliser et al. 2009, Climatic Change, Submitted.

26 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL IPSL CNRM EC-EARTH CMCC EU FP7 : IS-ENES METAFOR Distributed : 3.3 Po Earth System Grid Federation Adapted from Taylor, WGCM, 2010

27 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL La Fédération Earth System Grid conduite par le PCMDI Données disponible auprès des groupes de modélisation (via ESG), et dans de multiples CORE centres. Plusieurs copies du CORE data; ESG et dautres interfaces! Tout les centres qui fourniront des core-data ne rendront pas disponible le reste au sein de la fédération de sites. Si chaque couleur représente les sorties dun groupe de modélisation, alors on peut voir que la structure est en hub, avec réplication au sein des noeuds centraux, et connections à des noeuds périphériques. Données des groupes de modélisation CORE (au moins) TROIS COPIES

28 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Data Node Architecture

29 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL ESGF GATEWAY HOW TO First register as a user with the CMIP5 research role. How-to from CMIP5 website How-to from is-enes portal https://verc.enes.org/help/how-to-./esgf-gateways/

30 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL #Short Name of Experiment (In CMIP5 output files this is recorded in the global attribute named experiment_id.) Experiment Name (In CMIP5 output files this is recorded in the global attribute named experiment.) Experiment Description Year Per run Ensemble size requested decadalXXXX*10- or 30-year run initialized in year XXXX* decadal hindcasts/predictions, some extended to 30 years *10 1.3noVolcXXXX*volcano-free hindcasts hindcasts but without volcanoes volcIn2010prediction with 2010 volcano Pinatubo-like eruption imposed in year **chemistry-focused runs near-term runs with enhanced chemistry/aerosol models Coupled Model Decadal Simulations

31 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL piControlpre-industrial controlcoupled atmosphere/ocean pre-industrial control run historical simulation of recent past ( ) midHolocenemid-Holoceneconsistent with PMIP, impose Mid-Holocene conditions lgmlast glacial maximum consistent with PMIP, impose last glacial maximum conditions past1000last millenniumconsistent with PMIP, impose forcing for rcp45RCP4.5future projection ( ) forced by RCP rcp85RCP8.5future projection ( ) forced by RCP rcp26RCP2.6future projection ( ) forced by RCP rcp60RCP6future projection ( ) forced by RCP esmControlESM pre-industrial control as in experiment 3.1, but emissions-forced (with atmospheric CO2 determined by model) esmHistoricalESM historicalas in experiment 3.2, but emissions-forced (with atmospheric CO2 determined by model) esmrcp85ESM RCP8.5as in experiment 4.2, but emissions-forced (with atmospheric CO2 determined by model) 951 Coupled Model Long-Term Simulations

32 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL esmFixClim1ESM fixed climate 1radiation code "sees" control CO2, but carbon cycle sees 1%/yr rise esmFixClim2ESM fixed climate 2radiation code "sees" control CO2, but carbon cycle sees historical followed by RCP4.5 rise in CO esmFdbk1ESM feedback 1carbon cycle "sees" control CO2, but radiation sees 1%/yr rise esmFdbk2ESM feedback 2carbon cycle "sees" control CO2, but radiation sees historical followed by RCP4.5 rise in CO pctCO21 percent per year CO2 imposed 1%/yr increase in CO2 to quadrupling abrupt4xCO2abrupt 4XCO2impose an instantaneous quadrupling of CO2, then hold fixed historicalNatnatural-onlyhistorical simulation but with natural forcing only historicalGHGGHG-onlyhistorical simulation but with greenhouse gas forcing only historicalMisc*other historical forcing historical simulation but with other individual forcing agents or combinations of forcings historicalExthistorical extensionextension of the historical simulation (experiment 3.2) through year Coupled Model Long-Term Simulations

33 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL amipAMIPAMIP (1979- at least 2008) sst time-sliceconditions for imposed asstClimcontrol SST climatology control run climatological SSTs & sea ice imposed bsstClim4xCO2CO2 forcingas in experiment 6.2a, but with 4XCO2 imposed a sstClimAerosolall aerosol forcingas in experiment 6.2a, but with aerosols from year 2000 of experiment bsstClimSulfatesulfate aerosol forcing as in experiment 6.2a, but with sulfate aerosols from year 2000 of experiment amip4xCO24xCO2 AMIPAMIP ( ) conditions (experiment 3.3) but with 4xCO amipFutureAMIP plus patterned anomaly consistent with CFMIP, patterned SST anomalies added to AMIP conditions (experiment 3.3) aaquaControlaqua planet controlconsistent with CFMIP, zonally uniform SSTs for ocean-covered earth baqua4xCO24xCO2 aqua planetas in experiment 6.7a, but with 4XCO caqua4Kaqua planet plus 4K anomaly as in experiment 6.7a, but with a uniform 4K increase in SST amip4KAMIP plus 4K anomaly as in experiment 3.3, but with a uniform 4K increase in SST 301 Atmosphere-Only Simulations

34 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Search

35 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Login

36 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Select

37 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Get wget.sh

38 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Credential

39 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Organisation des données CMIP5 Objectif : Pouvoir exploiter directement les données produites par les autres centres Une « table » : Une liste de variables géophysiques Une fréquence de sortie parmi : year, mon, day, 6h, 3h, clim, fx Peut concerner un ou plusieurs milieux (« realms »): Omon, Amon, Lmon, Oimon, cfMon, cfDay aero, day, 6hLev, 6hrPlev, 3hr Peut concerner toute ou partie de la durée d'une simulation Un piège : un même nom de variable peut avoir des significations différentes dans deux tables. Ex : sbl dans Amon et LImon

40 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Organisation des données CMIP5 - contenu des « tables » Dictionnaire exhaustif des sorties CMIP5 (167 pages, 800 vars): Data Reference Syntax (DRS) Dans table Amon : 3D atmos sur 17 niveaux de pressions sauf cl, clw, cli, mc, phalf, pfull Dans table aero et cfMon : 3D atmos sur niveaux modèles. Dans table day : 3D atmos sur 7 niveaux de pressions Dans table cfDay : 3D atmos sur niveaux modèles 6hLev : ta, ua, va, hus, psl : 3D atmos sur niveau modèle ; input à CORDEX 6hPlev : ta, ua, va, ps : 3D atmos sur 3 niveaux de pression

41 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Organisation des données CMIP5 - fichiers Un fichier = une variable géophysique pour une période d'un membre d'une simulation d'un modèle (et d'une table) Noms de fichiers de la « Data Reference Syntax » _ _ _ _ [_ ].nc ta_Amon_IPSL-CM5A-LR_historical_r5i1p1_ nc,,,, and are DRS components, The is omitted for variables that are time-independent. ensemble_member : r i p r : n° d'état initial i : n° de méthode d'initialisation p : n° de version de « physique » (ou n° de jeu de forçage pour historicalMisc) N=M=L= 0 pour les champs fixes

42 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Organisation des données CMIP5 – attributs globaux netcdf Le labo et le modèle :institution = "IPSL (Institut..)" ; / :institute_id = "IPSL" ; / :model_id = "IPSL-CM5A-LR" ; :contact = "ipsl-cmip5 _at_ ipsl.jussieu.fr... :comment = "... include natural and anthropogenic forcings...." ; :references = "...reference available here : ; :source = "IPSL-CM5A-LR (2010) : atmos : LMDZ4 (LMDZ4_v5, 96x95x39) ;... L'expérience :experiment_id = "historical" ; :forcing = "Nat,Ant,GHG,SA,Oz,LU,SS,Ds,BC,MD,OC,AA" ; :parent_experiment = "pre-industrial control" ; / :parent_experiment_id = "piControl" ; :parent_experiment_rip = "r1i1p1" ; :branch_time = ; (en année (IPSL) ou en jours (CNRM) ou en seconde...) Fréquence et milieu :frequency = "mon" ; / :modeling_realm = "atmos" ; :tracking_id = "92c75dc8-a b8fc-b746156ccf21"

43 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Abbrev.Forcing DescriptionAbbrev.Forcing Description Natnatural forcing (a combination, not explicitly defined here, that might include, for example, solar and volcanic) LUland-use change Antanthropogenic forcing (a mixture, not explicitly defined here, that might include, for example, well-mixed greenhouse gases, aerosols, ozone, and land-use changes). Slsolar irradiance (note: Sl is S followed by a lower case L, not an upper case I) GHGwell-mixed greenhouse gases (a mixture, not explicitly defined here) Vlvolcanic aerosol (note: Vl is V followed by a lower case L, not an upper case I) SDanthropogenic sulfate aerosol, accounting only for direct effects SSsea salt SIanthropogenic sulfate aerosol, accounting only for indirect effects DsDust SA (= SD + SI)anthropogenic sulfate aerosol direct and indirect effects BCblack carbon TOtropospheric ozoneMDmineral dust SOstratospheric ozoneOCorganic carbon Oz (= TO + SO) ozone (= tropospheric and stratospheric ozone) AAanthropogenic aerosols (a mixture of aerosols, not explicitly defined here) Controlled Vocabulary (CV) for Abbreviated Forcing Descriptors

44 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL CV for Modeling Center and Models Modeling Center (or Group)Institute ID Model Name The Centre for Australian Weather and Climate ResearchCAWCRACCESS1.0 Beijing Climate Center, China Meteorological AdministrationBCCBCC-CSM1.1 College of Global Change and Earth System Science, Beijing Normal University GCESSBNU-ESM Canadian Centre for Climate Modelling and AnalysisCCCMACanESM2 CanCM4 CanAM4 University of Miami - RSMASRSMASCCSM4(RSMAS) National Center for Atmospheric ResearchNCARCCSM4 CESM1(BGC) CESM1(CAM5) CESM1(CHEM,CAM5) CESM1(CHEM) CESM1(WACCM) National Centers for Environmental PredictionNCEPCFSv2 Centro Euro-Mediterraneo per I Cambiamenti ClimaticiCMCCCMCC-CESM CMCC-CM CMCC-CMS

45 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL CV for Modeling Center and Models Centre National de Recherches Meteorologiques / Centre Europeen de Recherche et Formation Avancees en Calcul Scientifique CNRM-CERFACSCNRM-CM5 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization in collaboration with Queensland Climate Change Centre of Excellence CSIRO-QCCCECSIRO-Mk3.6 EC-EARTH consortiumEC-EARTH LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences LASG-IAPFGOALS-G2.0 FGOALS-gl FGOALS-S2.0 The First Institute of Oceanography, SOA, ChinaFIOFIO-ESM NASA Global Modeling and Assimilation OfficeNASA GMAOGEOS-5 NOAA Geophysical Fluid Dynamics LaboratoryNOAA GFDLGFDL-CM2.1 GFDL-CM3 GFDL-ESM2G GFDL-ESM2M GFDL-HIRAM-C180 GFDL-HIRAM-C360

46 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL CV for Modeling Center and Models NASA Goddard Institute for Space StudiesNASA GISSGISS-E2-H GISS-E2-H-CC GISS-E2-R GISS-E2-R-CC GISS-E2CS-H GISS-E2CS-R NASA Global Modeling and Assimilation OfficeNASA GMAOGEOS-5 National Institute of Meteorological Research/Korea Meteorological Administration NMR/KMAHadGEM2-AO Met Office Hadley CentreMOHCHadCM3 HadCM3Q HadGEM2-CC HadGEM2-ES HadGEM2-A Natural and Environmental Research Council/Met Office Hadley Centre undeclaredHiGEM1.2

47 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL CV for Modeling Center and Models Institute for Numerical MathematicsINMINM-CM4 Institut Pierre-Simon LaplaceIPSLIPSL-CM5A-LR IPSL-CM5A-MR IPSL-CM5B-LR Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Atmosphere and Ocean Research Institute (The University of Tokyo), and National Institute for Environmental Studies MIROCMIROC-ESM MIROC-ESM-CHEM Atmosphere and Ocean Research Institute (The University of Tokyo), National Institute for Environmental Studies, and Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology MIROCMIROC4h MIROC4m MIROC5 Max Planck Institute for MeteorologyMPI-MMPI-ESM-HR MPI-ESM-LR MIP-ESM-P Meteorological Research InstituteMRIMRI-AGCM3.2H MRI-AGCM3.2S MRI-CGCM3 MRI-ESM1 Norwegian Climate CentreNCCNorESM1-M

48 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Organisation des données CMIP5 – structure des répertoires (1) The standard CMIP5 output tool CMOR2 writes output files to a directory structure mapping DRS components to directory names as: / / / / / / / / / /CMIP5/output/IPSL/IPSL-CM5A-LR/decadal1990/day/atmos/tas/r3i2p1/ /CMIP5/output/MOHC/HadCM3/rcp45/mon/ocean/uo/r1i1p1/ This structure, based on a previous version of the DRS, is incompatible with the recommended current DRS directory structure (see after).

49 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Organisation des données CMIP5 – structure des répertoires (2) It is recommended that ESGF data nodes should layout datasets on disk mapping DRS components to directories as: / / / / / / / / / / /.nc /CMIP5/output1/UKMO/HadCM3/historical/day/atmos/day/r1i1p1/v /ta /CMIP5/output1/MIROC/MIROC5/rcp26/mon/land/Lmon/r1i1p1/v1/lai

50 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Organisation des données CMIP5 – structure des répertoires (3) output1 and output2 merge into a single directory: /merge/ / / / / / / / / /.nc /CMIP5/merge/UKMO/HadCM3/historical/day/atmos/day/r1i1p1/v /ta /CMIP5/merge/UKMO/HadCM3/historical/day/atmos/day/r1i1p1/latest/ta /CMIP5/merge/MIROC/MIROC5/rcp26/mon/land/Lmon/r1i1p1/v1/lai /CMIP5/merge/MIROC/MIROC5/rcp26/mon/land/Lmon/r1i1p1/latest/lai

51 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Le projet IPSL Prodiguer S.Denvil, A.Bhardwaj, F.Corsini, M.Morgan, H.Moulron, J. Raciazek, P.Weill, JL. Dufresne. Contact sdipsl (AT) ipsl.jussieu.fr

52 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Calcul : ciclad.ipsl.jussieu.Fr Cluster de calcul (20 nœuds dual quad-core AMD) « Climate analysis enabled » netcdf, cdo, ferret, matlab… Stockage : /prodigfs/esg/CMIP5/merge Sous ensemble CMIP5 (160 To 300 To début 2012) Support à l'analyse : Prodiguer Un portail «beau et intuitif» pour naviguer dans le sous ensemble CMIP5 : https://prodiguer.ipsl.frhttps://prodiguer.ipsl.fr Un outil puissant de téléchargement CMIP5 (fonctionnalités proches du script type wget CMIP3) Un data node «maison» (accès opendap sur agrégation) (année = 1 20) Prodiguer ; what's that?

53 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL

54 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL The GOOD DOI pour les données (Digital Object Identifier) ESG ça marche The BAD Mais pas très bien daprès moi Couche sécurité (cf licence) : cest louuurd The UGLY Les portails CMIP5 ne sont pas intuitifs Téléchargement complexe (+authentification/autorisation) Incohérence des arborescences des data nodes État des lieux CMIP5 : ESG

55 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL The GOOD Collaboration au niveau nationale quant à linstallation du nœud de données. (LIPSL a été moteur) IPSL et CNRM/CERFACS : parmi les 5 premiers groupes présents sur ESG (mars 2011) ~ 62% du volume de larchive CMIP5 vient de la communauté ENES (de lIPSL principalement) The VERY SURPRISING Le datanode IPSL distribuant les données stockés sur ciclad est la première machine en sortie de réseau de lUPMC (devant des serveurs distribuant linux). État des lieux CMIP5 : IPSL

56 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL The VERY SURPRISING 2011 Volume (To) / Nombre de fichiers téléchargés Avril : 1.26 To / 777 fichiers Mai : 2.96 To / 1855 fichiers Juin : 16.2 To / 7274 fichiers Juillet : 1.51 To / 2028 fichiers Août : 13.9 To / 8627 fichiers Septembre : 5.9 To / 1946 fichiers Octobre : 11.1 To / 8758 fichiers (Mi)Novembre: 28.5 To / fichiers Total : 81.6 To / fichiers Nombre de requêtes : A comparer avec les fichiers totaux ! Nombre dIP ayant demandé un téléchargement : 415 État des lieux CMIP5 : IPSL

57 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Source européenne: FP7 : METAFOR/IS-ENES/EGI Source internationale : G8 : projet ExArch Source nationale : GIS : Prodiguer. Future : ANR? Labellisation INSU PRODIGUER : refusé Dossiers classés A et considérés comme de bons projets pouvant sans conteste être labellisés, mais qui mériteraient certainement une ouverture nationale plus grande ou dont limplémentation doit être revue. PRODIGUER système de diffusion des données de modélisation, issues des exercices du GIEC, est un projet tout à fait intéressant mais dont le soutien comme SOERE peut faire débat. Lavis du comité est que cette initiative mérite dêtre soutenue dans un cadre quAllenvi pourrait déterminer. État des lieux CMIP5 : financement actuel

58 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL En soutient de cette activité FP7 METAFOR : 60 Keuros. Work Package (WP) leader GIS Climat : PRODIGUER 118 Keuros. Porteur du projet. FP7 IS-ENES: 110 Keuros. Contact IPSL de 2 WP. FP7 EGI-INSPIRE : 100 Keuros. Contact IPSL d'un WP. G8 ExArch: 197 Keuros. PrincipaI Investigator (PI). Un financement cumulé de 585 Keuros sur 5 ans Trois ingénieurs recrutés sur ces projets (dans la continuité), le troisième depuis un an.

59 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Les soutients potentiels EQUIPEX2 GENCI : DIP-HPC 70Keuros d'équipement pour l'IPSL. WP leader. Soumis en septembre Refusé. FP7 : IS-ENES2 260 Keuros. WP leader. Soumis en novembre 2011.

60 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL SCIENTIFIC PARTNER OR HPC COMPUTING CENTRES CCRT (CEA)Meteo-FranceIPSLIDRIS (CNRS)... CORE (CMIP5+PMIP3+*MIP)R&D PRODIGUER WEB SERVERS (IPSL) ESG GATEWAY METAFOR IS-ENES PRODIGUER COMMUNITY (Scientists, Researchers, Students) HTTPS / X509 HTTPS / OpenID HTTPS / X509 HTTPS / OpenID

61 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Prodiguer portal CMIP5 subset query/access tools IPSL - METAFOR – IS-ENES - ESGF M.Morgan, S.Denvil Contact Momipsl (AT) ipsl.jussieu.fr

62 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL https://prodiguer.ipsl.fr/

63 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Dashboard and data access

64 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Start

65 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Wait...

66 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Search

67 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Select

68 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Tick it

69 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Choose

70 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL copy/paste

71 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Synchro-Data CMIP5 data access tools IPSL - ESGF - EGI J.Raciazek, S.Denvil Contact Jripsl (AT) ipsl.jussieu.fr

72 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Overview Search for CMIP5 data in ESGF File selection using DRS facets (realm, freq, experiment, ensemble, variable). So called template. Incremental search (keep track of what have already been downloaded) Metadata analysis Compute total files size Check if all variables get a match in ESGF Transfer files from ESGF to local filesystem Transparent handling of x509 Certificate based security HTTP Parallel download

73 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL WARNING You should not use it to download files IPSL Climate Modeling Group supports : Centralized templates handling To avoid redundant downloads To avoid unnecessary network burden Prefer several small templates (not a big one)

74 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Installation Retrieve installation script from synchro-data webpage wget chmod +x install.sh Run the script with « -b » option to start installation in $HOME/synchro_data./install.sh -b If you want to install in non default location, use « -t » option./install.sh -b -t /opt

75 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Configuration Sign up to ESGF Set username and password Edit file.synchrodata_login Select which models to download Edit file MODELS Select which variables to download Edit file user_selections/default.txt

76 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Template example experiments="historical amip decadal2000" ensembles="r1i1p1" #ensembles="all" variables[atmos][mon]="tas" variables[land][fx]="sftgif" variables[seaIce][mon]="sic evap nshrice" variables[ocnBgchem][mon]="dissic fbddtalk" variables[atmos][mon]="ta hur clcalipso parasolRefl"

77 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Usage Search for files./start.sh -a [-t template] Start download./start.sh -b Get download current status./start.sh -s Stop download./stop.sh

78 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Usage (suite) Change priority (e.g. set higher priority for a template)./start.sh -c -p 1500 [-t template] Update model list./start.sh -e Retry transfer with error status./start.sh -j More options./start.sh -h

79 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Output Data folder $HOME/synchro_data/data Use new DRS format DB folder $HOME/synchro_data/db Sqlite database with transfer information (status, duration, priority..) Log folder « get_data.log » and « synchro_data_transfert.log » for transfer related messages One log file per model for discovery related messages

80 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Aggregation node CMIP5 subset aggregated files IPSL – GIS Climat - IS-ENES A.Bhardwaj, S.Denvil Contact Abhipsl (AT) ipsl.jussieu.fr

81 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Thredds

82 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Dataset

83 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Real file

84 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Virtual File Aggregation

85 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL All in one

86 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Aggrégation temporelle : préparatif sur CICLAD # # NETCDF4 # export PATH=/opt/netcdf4/gfortran/bin:${PATH} export LD_LIBRARY_PATH=/opt/netcdf4/gfortran/lib:${LD_LIBRARY_PATH} export NETCDF_INC_DIR=/opt/netcdf4/gfortran/include export NETCDF_LIB_DIR=/opt/netcdf4/gfortran/lib # # CDO with opendap # export PATH=/home/laliberte/local/cdo/bin:${PATH}

87 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Moyenne d'ensemble: #!/bin/ksh #set -vx experiment=historical which cdo set -A liste_file for EnsembleMember in ; do # test d'existence de l'aggregation wget --spider CM5.${experiment}.mon.atmos.Amon.r${EnsembleMember}i1p1.tas.1.aggregation.html > /dev/null 2>&1 rc=$? if [ ${rc} -eq 0 ] ; then # aggregation présente echo success liste_file[${#liste_file[*]}]=http://vesg3.ipsl.fr/thredds/dodsC/cmip5.merge.CNRM-CERFACS.CNRM- CM5.${experiment}.mon.atmos.Amon.r${EnsembleMember}i1p1.tas.1.aggregation else # aggregation absente echo failure fi done echo cdo ensmean "${liste_file[*]}" ensmean_CNRM-CERFACS.CNRM-CM5.${experiment}.tas.nc cdo ensmean "${liste_file[*]}" ensmean_CNRM-CERFACS.CNRM-CM5.${experiment}.tas.nc

88 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Variante autour de l'aggrégation Moyenne saisonnière cdo seasmean ES.historical.mon.atmos.Amon.r1i1p1.hfls.1.aggregationhttp://vesg3.ipsl.fr/thredds/dodsC/cmip5.merge.MOHC.HadGEM2- ES.historical.mon.atmos.Amon.r1i1p1.hfls.1.aggregation result.nc Moyenne mensuelle climatologique cdo ymonmean ES.historical.mon.atmos.Amon.r1i1p1.hfls.1.aggregationhttp://vesg3.ipsl.fr/thredds/dodsC/cmip5.merge.MOHC.HadGEM2- ES.historical.mon.atmos.Amon.r1i1p1.hfls.1.aggregation result.nc Moyenne annuelle cdo yearmean ES.historical.mon.atmos.Amon.r1i1p1.hfls.1.aggregation result.nchttp://vesg3.ipsl.fr/thredds/dodsC/cmip5.merge.MOHC.HadGEM2- ES.historical.mon.atmos.Amon.r1i1p1.hfls.1.aggregation Regrillage en pré calculant le fichier de poids : cdo setgrid,IPSL.ORCA2_gridCF.nc LR.historical.mon.ocean.Omon.r1i1p1.tos.1.aggregation inter.nchttp://vesg3.ipsl.fr/thredds/dodsC/cmip5.merge.IPSL.IPSL-CM5A- LR.historical.mon.ocean.Omon.r1i1p1.tos.1.aggregation cdo genbic,r360x180 inter.nc remapweight.nc cdo remap, remapweight.nc inter.nc sst_regular.nc Et plus: cdo -h # https://code.zmaw.de/files/cdo/html/1.5.2/cdo.pdfhttps://code.zmaw.de/files/cdo/html/1.5.2/cdo.pdf

89 Activité de Modélisation – CMIP – ACCÈS – Prodiguer – Analyses CMIP5 et Prodiguer. S.Denvil et al. IPSL Perspectives CMIP à 10 ans


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