Access climate data in ESG from the EGI infrastructure

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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

2 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 - Rencontres Scientifiques France Grilles

3 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 - Rencontres Scientifiques France Grilles

4 Simulations centennales proposées par CMIP-5 pour la préparation du 5e rapport du GIEC
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 Thématiques d'intérêt pour l'IPSL Climat-carbone ( C4MIP) Nuages (CFMIP) Paléoclimat (PMIP) Aérosols (AEROCOM) Emissions (GEIA) Ozone (CCMVal) Paléo-climats - Rencontres Scientifiques France Grilles 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 Modèles de l'IPSL pour CMIP5
Modèle du système Terre (ESM) Conditions aux limites Composition Biogéochimie Physique - Transport Chimie tropo & aérosols (INCA) Émissions autres que CO2 O3 aéro-sols 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) - Rencontres Scientifiques France Grilles

6 L’activité de modélisation du climat
Why What How Experiment Simulation Model Model Input: Coupling Output: Data Software Component 1..* 0..* 0..1 Parent Requirement I could talk about coupling and connections too A Coupling is a high-level mapping between components. A Connection is a low-level mapping between properties. The latter's attributes can "override" the former's. Conformance Name Properties Description Coupling Framework 0..* Child - Rencontres Scientifiques France Grilles 6

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

8 - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
IPSL CNRM EC-EARTH CMCC EU FP7 : IS-ENES & METAFOR Earth System Grid Distributed : 3.3 Pb Adapted from Taylor, WGCM, 2010 - Rencontres Scientifiques France Grilles

9 - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
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10 - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
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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 ( ) Les points de grille grisés correspondent aux valeurs non statistiquement significatives au seuil de 95% (obtenues par bootstrap) - Rencontres Scientifiques France Grilles

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

13 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 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 - Rencontres Scientifiques France Grilles

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 - Rencontres Scientifiques France Grilles

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 observées (courbes noires) (courbes bleues) (courbes rouges) avant correction (trait plein) après correction (trait hachuré) Surestimation de la fréquence des faibles amplitudes diurnes - Rencontres Scientifiques France Grilles

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). - Rencontres Scientifiques France Grilles

17 Interopérabilité de système: authentification/autorisation
Federated Identity Systems for Scientific Collaborations - 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. - Rencontres Scientifiques France Grilles

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 , , 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

19 Perspectives CMIP à 10 ans
- Rencontres Scientifiques France Grilles

20 - Rencontres Scientifiques France Grilles 2011 -
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 - Rencontres Scientifiques France Grilles