This page describes the steps required to participate in the weatherathome project covering the Southern African region. The same steps apply for the other weatherathome regions, with the appropriate change in the region selection.

In order to participate in this project you need to have a desktop computer running the Microsoft Windows operating system. We hope to have versions running for Linux and Mac systems soon. In the meantime, Linux and Mac users are invited to participate in other climateprediction.net experiments.

At least 250MB of computer memory is required in order to run the computer models in this project. Multiple simulations can be run simultaneously on multi-core computers, but apparently the simulations will run a little (about 10%) more slowly than if a single simulation was using one of the processor cores.

If you already have a climateprediction.net account, then login to your project preferences. Click on "Your account" in the side menu. Then click on "climateprediction.net preferences". Scroll down the page and click "Edit climateprediction.net preference". There will be a section that looks like this:

Select "UK Met Office HadAM3P Southern Africa" and de-select the other options. Scroll down to the bottom and select the "Update preferences" button.

Finally, logout by clicking on the "Log out" link under the "Account information" heading. From now on all new jobs you are assigned from climateprediction.net will be for the weatherathome--Southern Africa project.

If you do not already have a climateprediction.net account then you need to register with the climateprediction.net project (of which the weatherathome project is a part).

Go to the registration page and fill in the form. Make sure to select "Southern Africa" as the experiment in the last item of the list.

Once registered, you will be brought to a screen titled "Welcome to climateprediction.net". In this page you can changing your account details, alter your default computing preferences (e.g. the maximum amount of you CPU usage to use), and view how much computing you have done for the project (currently 0.00). For now, simply click on the "Log out" link under the "Account information" heading.

This project uses the BOINCprogram. You can download this program from here.

Go to wherever you downloaded the BOINC program, and click on the following BOINC icon. If you receive a security warning, click "Run". After some configuration work, a standard installation wizard window will open. Click on the "Next" button.

The next page will list the license agreement. Read the agreement and if you accept it then click on "I accept the terms of the license agreement" and click the "Next" button.

The next page will ask which directories to use for the program. Once you are happy with the selections, click the "Next" button. On the next screen, click on the "Install" button to begin the installation. Once the installation is finished, click on the "Finish" button.

To start the BOINC program, go the Windows "Start" menu, click on "All Programs", and select "BOINC", and click on "BOINC Manager". A window will appear asking if you want to attach to a project or account manager. Click on "Attach to project" and then click on the "Next" button.

On the next screen select "Climateprediction.net" and then click on the "Next" button.

You will then be asked to identify your account. Click on "Yes, existing user" and enter the e-mail address and passward you used to register with climateprediction.net.

Click "Finish" on the final screen.

You will now be left with a "BOINC Manager" window which tells you that you are downloading programs and data from the server required to run the climate simulation. This amounts to about 130MB in size. The download size will be smaller when you start subsequent simulations, because you will have already downloaded a lot of the programs and data required.

If you would like to monitor progress of the download, then click on "Advanced View" and in the new window click on the "Transfers" and "Messages" tabs.

You may want to adjust the settings determining how many simulations you will be running (if you have a multi-core machine) and how much of the CPU usage is used by each simulation. These settings can be changed by logging into your climateprediction.net account or by opening the BOINC Manager, clicking on "Advanced View", clicking on "Advanced" in the menu at the top, and clicking on "Preferences...".

Once everything is downloaded, the simulation will start automatically.

Once the simulation has started, you can monitor the progress using the graphics program provided with the project. In the BOINC Manager, go to the "Tasks" tab, click on the simulation listed in the main part of the window, and click on the "Show graphics" button on the left.

A new window will open showing showing the cloud cover from the global climate model as default. You can view other quantities by pressing the keys listed in the menu on the left, e.g. "t" to view temperature.

If you press "w" twice, the view will shift from showing what the global climate model is doing to what the regional model is doing. This view will be restricted to the area covered by the regional climate model, i.e. southern Africa. The default is to show cloud cover, but once again you can view other aspects by pressing the keys listed in the menu on the left.

If you are trying to view the regional graphics just after starting the simulation, you may find a blank window. The global model has to run for a little while before there is sufficient information for it to give the regional model in order than the regional model can run, so in fact the regional model has not yet started running. Just wait a few minutes and the graphics for the regional model should pop into the window.

Note that there is a known bug in the graphics program which is offsetting the outline of the land in the regional view to the east of what it should be. Most visibly, the outline of Madagascar is farther east than Madagascar actually is in the model. This problem will be fixed in an upcoming upgrade.

If at any time you want to pause the simulation, open the BOINC Manager, go to the "Tasks" tab, click on the simulation listed in the main part of the window, and then click the "Suspend" button on the left.

To continue the simulation, open the BOINC Manager again, go the "Tasks" tab, click on the simulation listed in the main part of the window, and click the "Resume" button on the left.

During the simulation, the program will automatically send 3.5MB of results at the end of each month of climate model time to a central server. At the end of the simulation, the model will also send 32MB of data required to start a new simulation which continues from the end of your simulation.

A single simulation, spanning 12 months of climate model time, takes about 4 days to complete running full time on a 2.4GHz computer.

This page lists some technical information about the southern Africa weatherathome simulations that may be useful for those wishing to download and analyse data from the project.

Two climate models are run. The first is HadAM3P v1.8.2 which simulated weather over the full globe. It runs at N96 resultion, which corresponds to 1.875° longitude by 1.25° latitude, with 19 vertical levels. It supplies boundary conditions every six hours to the regional model, HadRM3P v1.8.2, which covers a limited domain over southern Africa at 0.44° (50km) horizontal resolution and with 19 vertical levels. This regional domain is rectangular (on a spherical surface) and has the following corners:

Corner	Longitude	Latitude
Northwestern	6.6°E	5.9°N
Northeastern	51.7°E	6.2°N
Southwestern	0.30°E	38.1°S
Southeastern	58.6°E	37.8°S

Note this excludes the "buffer" region surrounding the regional model domain.

The simulations cover a full 12 month period, starting on 1 December and ending on 30 November the following year. The standard HadAM 360-day calendar is used. The starting dates vary from 1 December 1959 to 1 December 2006. Note that the year listed in the simulation name corresponds to the start of the simulation, e.g. "1967" refers to 1 December 1967 to 30 November 1968. Models with the same UMID but covering different years (see below) are a continuous sequence of simulations each starting from the atmospheric state at the end of the previous simulation.

The same external forcings are used as in the CMIP5 experiments performed with the HadGEM2-ES model by the U.K. Met Office.

Only the default values of parameters are currently being used.

Each simulation is identified by a label of the following format:

hadam3p_saf_[umid]_[year]_1_[boincident]_[n] Where:

• [umid] consists of four characters that provide a unique identifier of the setup of the simulation. If the simulation is started from a restart dump from a simulation covering the previous year, these two simulations will share this identifier.
• [year] consists of four numbers giving the year on which the simulation starts. For instance "1967" means that the simulation covered the 1 December 1967 to 30 November 1968 period.
• [boincident] is a 10-digit identifier used by the BOINC system.
• [n] is a number denoting how many times this simulation setup has been sent out to computers previously to this particular realisation. Because all simulations are currently being run on Windows machines, all realisation should be bit-identical.

Each month, 7 NetCDF output files are generated and uploaded. Their filenames take the form:

[umid][r]a.p[s][dz][mon].nc where

• [umid] is as for the simulation identifier.
• [r] is "g" for regional output from HadRM3P or "m" for global output from HadAM3P.
• [s] is the data stream label, with different variables allocated to different streams.
• [dd] is an identifier for the year. The first character is "f" for the 1950s, "g" for the 1960s, "h" for the 1970s, "i" for the 1980s, "j" for the 1990s, and "k" for the 2000s. The second character is a digit denoting the year in the decade. For instance, "k5" denotes 2005.
• [mon] is the standard three-letter lowercase abbreviation for the month, e.g. "dec" for December.

Variables are recorded in three different formats from these simulations: daily values from the regional model; monthly values from the regional model; monthly values from the global model. These are described and listed in detail below.

Daily values from the regional model

360 daily values from the full year are recorded for the following variables from the regional model. Because of bandwidth and storage restrictions, they are recorded on a coarser grid than that of the regional model, with grid boxes corresponding to averages over 3x3 of the original grid. This averaging starts with the northwesternmost 3x3 grid boxes on the original model grid, meaning the easternmost two and southernmost one grid boxes on the original grid are not included in the averaging leading to the coarser grid. They are also recorded using two-byte packing in NetCDF, meaning you have to shift and scale them according to the given add_offset and scale_factor values. Because the regional model runs on a different grid than the standard global polar grid, longitude and latitude values are stored in the global_longitude0 and global_latitude0 arrays. These daily values are stored in a number of different files each month, identified by the given strings in the filenames where "g" identifies it as regional output and the data stream identifier (see above re output filenames) is the final character in the given file string.

File	Label	CF	Description	Levels	Units
string	in file	label
ga.pe	field16	tasmax	Maximum daily temperature	1.5m	K
	field16_1	tasmin	Minimum daily temperature	1.5m	K
ga.pf	field90	pr	Precipitation rate	Surface	kg m-2s-1
ga.pg	field48	uas	Zonal wind speed	10m	m s-1
	field49	vas	Meridional wind speed	10m	m s-1
ga.ph	field17	-	Dewpoint temperature	1.5m	K
ga.pi	field1	zg	Geopotential height	700, 500hPa	m
	field16	ta	Air temperature	850hPa	K
	field56	ua	Zonal wind speed	850hPa	m s-1
	field57	va	Meridional wind speed	850hPa	m s-1
	field88	hur	Relative humidity	850hPa	Fraction

Monthly values from the regional model

12 monthly values from the full year are recorded for the following variables from the regional model. They are recorded on the original model grid, unlike the daily data. They are recorded using two-byte packing in NetCDF, meaning you have to shift and scale them according to the given add_offset and scale_factor values. Because the regional model runs on a different grid than the standard global polar grid, longitude and latitude values are stored in the global_longitude0 and global_latitude0 arrays. All of these monthly values are stored in a single file containing the "ga.pd" string for each month, i.e. being stream "d" of the regional ("g") output.

Label	CF	Description	Levels	Units
in file	label
field8	psl	Mean pressure	Sea level	Pa
field16	tas	Mean air temperature	1.5m	K
field29	-	Cloud below 1000 feet above sea level	-	Fraction
field90	pr	Mean precipitation rate	Surface	kg m-2 s-1
field106	-	Available soil moisture content	-	kg m-2
field180	hfls	Latent heat flux	Surface	W m-2
field203	-	Total downward shortwave flux	Surface	W m-2

Monthly values from the global model

12 monthly values from the full year are recorded for the following variables from the global model. They are recorded on the original model grid. They are recorded using the standard four-byte format in NetCDF. All of these monthly values are stored in a single file containing the "ma.pc" string for each month, i.e. being stream "c" of the global ("m") output.

Label	CF	Description	Levels	Units
in file	label
field1	zg	Geopotential height	500hPa	m
field8	psl	Air pressure	Mean sea level	Pa
field16	tas	Air temperature	1.5m	K
field16_1	ta	Air temperature	500hPa	K
field16_2	ts	Surface skin temperature	Surface	K
field17	-	Dewpoint temperature	1.5m	K
field56	uas	Zonal wind speed	10m	m s-1
field56_1	ua	Zonal wind speed	850, 500, 200hPa	m s-1
field57	vas	Meridional wind speed	10m	m s-1
field57_1	va	Meridional wind speed	850, 500, 200hPa	m s-1
field88	hur	Relative humidity	1.5m	Fraction
field88_1	hur	Relative humidity	500hPa	Fraction
field90	pr	Precipitation rate	Surface	kg m-2 s-1
field106	-	Available soil moisture content	-	kg m-2
field178	-	Surface and boundary layer heat fluxes	-	W m-2
field180	hfls	Latent heat flux	Surface& W m-2
field186	-	Net downward shortwave flux	Surface	W m-2
field187	-	Net downward longwave flux	Surface	W m-2
field201	rsut	Outgoing shortwave flux	Top of atmosphere	W m-2
field206	rlut	Outgoing longwave flux	Top of atmosphere	W m-2
field207	rsutcs	Clear-sky upward shortwave flux	Top of atmosphere	W m-2
field210	rlutcs	Clear-sky upward longwave flux	Top of atmosphere	W m-2

The following simulations should be analysed with caution:

• Simulations with UMIDs starting with "v" are from a beta-test version in which data from an incorrect list of variables was uploaded from the regional model.
• Simulations with UMIDs less than and including 267z were accidentally assigned random values of the ENTCOEF parameter and so cannot be compared against one another.

The overall experiment design is in five parts.

First, a large number of different versions of the global and regional models will be used to simulate the period from 1960 to 2010 using observed changes in sea surface temperatures, sea ice, atmospheric greenhouse gases and aerosols. The simulated climates and patterns of change in weather events from the models will then be compared with observations over the same period to select a range of realistic model versions and document their behaviour. If, for example, we find that a particular version of the model tends to over-do the number of storms, we can take account of this when using this model to forecast future changes in storminess.

The second experiment is to produce a forecast of changes in weather events by the 2020s and 2030s. Using output from many different models with evolving oceans to provide the forecast sea surface temperatures up to this time, the regional model will tell us about the potential changes to patterns of weather events through the next three decades in unprecedented detail. Features such as changes in the likelihood of drought, flood and extreme heat or cold are likely to be of particular interest.

The third experiment returns to changes seen over the last 50 years, and attempts to quantify to what degree these changes can be attributed to the effects of human interference in the climate system. The driving conditions fed into the models are modified to reflect what they would have been like if we had not produced the greenhouse gas and aerosol emissions that we have over the past century. The difference between these simulations and the initial `baseline’ runs will provide the basis for assessing the human contribution to recent weather trends.

The fourth experiment returns to forecast mode but runs beyond the timeline of the second experiment, providing detailed information about changes in weather features in a world 2, 3 and 4 degrees warmer, globally, than today, representing a range of climates that might be encountered towards the end of this century or beyond. This experiment will provide some of the most detailed information to date on regional weather in such possible future worlds, which is essential to assess the range of potential impacts of climate change.

Finally, the fifth experiment looks back into the past – looking at snapshots of the weather at intervals over the past 10,000 years, a period of Earth’s history called the ‘Holocene’. This is the first time large numbers of regional models have been applied to such ‘paleoclimate’ (past climates) simulation: an unprecedented opportunity to explore the evolution of the weather over recent Earth history.

The project team aims to run as many of these experiments as possible, but please note that not all experiments will necessarily be performed for all regions.

One of the first three regions to be modelled under this brand new "weatherathome" experiment is the Western US. In "weatherathome" the model region encompasses the Eastern Pacific Ocean and the Western US, extending inland as far as the Rocky Mountains. North-south it stretches from Canada in the north down to the Gulf of California, and includes the Coast Range of mountains.

Scientists from Oregon State University will be among the first to begin investigating the results of the "weatherathome" Western US experiment.

The images give you a flavour of the sort of information that "weatherathome" will return for the Western US region.

Detailed information about the cloud cover, not just near the surface but at various other levels too, will be available. As you can see here, considerable detail in the cloud structure is present, over both land and ocean.

The corresponding map of rain and snow shows that, in this particular case, the heaviest downpours are out over the ocean, rather than over the Coast Range of mountains, as might generally be more common.

Surface pressure can tell us a lot about what is going to happen to the weather. In this particular example the main weather feature in the region is a high pressure system.

This particular sample of information over the Western US comes from a day in December. At this wintry time, you can see the marked contrast between the relatively warm ocean and cold land.

Southern Africa is a region which generally experiences a hot wet season with plenty of thunderstorms and a cooler dry season with essentially no rainfall. In "weatherathome" the model region encompasses the whole of Africa below about the Equator, together with Madagascar.

The images below give an idea of the sort of information scientists will be investigating as the results are returned from the "weatherathome" Southern Africa experiment.

In this particular example the cloud structure over Southern Africa (below) shows a striking ‘C’ shape which is mirrored in the corresponding map of rainfall below it, where the heaviest rain – the purple colours – is apparent in a very spotty structure. Thick clouds just north of Madagascar are bringing particularly heavy rain.

In this particular December example the surface pressure and temperature (below) are fairly uniform, indicating a fairly stable weather regime at this time.

Currently three experiments are planned for the Southern African region of "weatherathome":

1) The first experiment is intended to help document Southern African climate, and increase our knowledge of it. Unlike other regions of the world, there are few observational measurements over much of this region. If we generate many simulations of what the weather could have been over the 1960-2010 period, these should help us determine the relevance of the observations we do have to the places where we do not have measurements. We may also be able to use the data from the model simulations to derive methods of "filling in the gaps" between measuring stations. Finally, by comparing trends in both the observations and the model simulations, we should be able to get a better idea of whether unusual damaging weather events have been becoming more or less frequent over the past few decades.

2) In order to make simulations manageable on today's computers, climate models have to take "shortcuts" in representing some of the more complex processes in the climate system. This experiment will test the sensitivity of the results of the first experiment to how those shortcuts are implemented. In particular we will investigate the effects of the shortcuts used to represent thunderclouds, and the interaction of the near-surface with the free atmosphere.

3) What might the weather have been like had humans not interfered with the climate system? This experiment will modify the driving conditions fed into the model to reflect what conditions would have been like if humans had not emitted greenhouse gases and done other things which affect the climate. The difference between these simulations and the results from the first experiment will provide an indication of the human contribution to recent weather trends.

Researchers at the University of Cape Town will be coordinating the Southern African part of "weatherathome". They will welcome suggestions for further experiments.

As well as modelling the Western US and Southern Africa, this brand new "weatherathome" experiment will return results for the European region. Scientists from Oxford University and the Met. Office will be among the first to analyse the results returned for this region. Scientists and specialists in the impacts of climate change from the Universities of Edinburgh and Leeds will also be involved in investigating the results. Results will be made freely available to anyone wishing to investigate the impacts of weather and climate changes in this region.

The following images show samples of the sort of information that will be collected by the "weatherathome" European region experiment.

The image below shows cloud cover over Europe, not just near the surface, but at various other levels too. Clearly visible is a long band of cloud running roughly north-south from north of Britain down as far as northern Italy.

The corresponding map of rain and snow (below) shows that this long cloud band is bringing substantial rainfall which is at its heaviest somewhere near Paris.

The map of surface pressure below reveals a low pressure system out in the North Atlantic which is typical of the type of depression system which brings much of the weather experienced in Britain. It is following in the tracks of a high pressure system which can be seen migrating away towards eastern Scandinavia. Generally higher pressure can be seen over Spain, the Mediterranean and northern Africa.

This final image shows the surface temperature in the region. On this particular December day the warm Mediterranean can be clearly seen, contrasting with the generally colder land surface. The biggest changes in temperature occur roughly west-east across the location of the cloud band and heavy rainfall, indicating that this cloud and rainfall is most probably associated with a weather front.

"weatherathome" is supported by the Guardian.

The experiment has been developed with financial assistance from

Please join this exciting new experiment and help scientists understand in more detail than ever before what may lie ahead for the weather in certain parts of the world.

Watch project scientist Suzanne Rosier describing "weatherathome" here.

You’ve heard of climate change, but what does that actually mean for the weather in the region where you live? Could it be that you are going to see an increase in the number of damaging weather events? Or could the weather actually be getting nicer? You now have the opportunity to help scientists find the answers to questions like these, by taking part in the climateprediction.net “weatherathome” experiment.

Temperature over the Western US - a sample of the sort of information "weatherathome" will return.

Since the launch of climateprediction.net in 2003, hundreds of thousands of volunteers have generously donated their computers’ spare processing power to run state-of-the-art global climate models and help scientists learn more about the range of climates we are most likely to encounter in the twenty-first century. The results have been tremendous – a huge thank you to everyone who has taken part! Scientists continue to pore over the masses of data you have so kindly returned to the project and, indeed, will continue doing so for some time to come.

Cloud cover over Southern Africa - the regional model will give detailed information about clouds at various levels.

Such global models can tell us a lot, but they are still not detailed enough to tell us much about the potential changes to regional and local weather. To learn about these we need to use a model which is so detailed in its coverage that it can only afford to cover a limited area of the globe – a ‘regional climate model’. In this new “weatherathome” experiment, climateprediction.net has partnered with the Met. Office, with support from Microsoft Research, to develop a regional climate model that is available for download and running on personal computers anywhere.

Surface pressure over Europe - regional models such as this are needed to investigate changes to weather systems.

A regional model such as this needs to be supplied with climate information such as temperature, winds and humidity, around its edges, so that it still feels the influence of the weather in other parts of the world. In “weatherathome”, this will be achieved by embedding the regional model within a ‘driving’ global model. So if you choose to take part in “weatherathome” you will essentially be running ‘two models in one’ on your computer.

Surface temperature in the global model - you can watch this progressing as your model runs.

Initially, three target regions are now available for download: the Western US, Southern Africa and Europe. We chose these because the majority of climateprediction.net participants (to date) live in Europe and the US, and because Southern Africa is a region thought to be particularly vulnerable to climate change. We hope, in time, to be able to extend the experiment to many other regions around the globe. Your suggestions will be welcome!

Click the buttons to see some sample pictures from these initial three regions:

You can find details about the planned experiments here.

To accompany the experiment we are putting together some online information packs. Available at climateeducation.net, these are aimed at anyone interested in learning about the basics of climate science, how modelling is done and how to go about interpreting the results of experiments such as climateprediction.net and "weatherathome".

Please go to our registration page, which will allow you to select your preferred region. Full instructions are available there.

Where in the world are we? The locations of currently active climateprediction.net participants.

All images produced by the "weatherathome" team with gratefully acknowledged assistance from Anthony Beurive (Sony CSL)

The "weatherathome" team is: Myles Allen, Neil Massey, Andy Bowery, Jonathan Miller, Hiro Yamazaki, Cameron Rye, Jara Imbers, Niel Bowerman, Suzanne Rosier (Oxford University), Richard Jones, Simon Wilson (Met. Office), Daithi Stone, Bruce Hewitson (University of Cape Town), Philip Mote (Oregon State University)

Projekt climateprediction.net składa się z trzech odrębnych eksperymentów - pierwszy do zbadania używanego modelu, drugi do sprawdzenia jak modele odtwarzają klimat z przeszłości i trzeci, by w końcu przedstawić prognozę klimatu dla XXI wieku. Każdy z modeli, które dystrybuujemy będzie używany dla wszystkich trzech eksperymentów. Każdy rozprowadzony model jest niepowtarzalny i różni się od wszystkich innych na trzy sposoby: warunki początkowe w jakich jest uruchomiony, atrybutów, które wymuszają na nim jeden konkretny stanu klimatu i parametry, które tworzą rzeczywisty model.

Każdy model klimatu musi posiadać pewną liczbę przybliżeń, zwanych parametryzacją. Aby dowiedzieć się więcej na ten temat, kliknij tutaj. Zasadniczo oznacza to, że w modelu są pewne liczby, które biorą pod uwagę pewne stałe wartości, ale wartość ta nie jest znana na pewno i zakres wartości może również być prawdopodobny. Eksperymenty zbada wpływ na modelowany klimat 20-tu najbardziej źle rozumianych parametrów modelu - takich jak stosunek między liczbą kropel w chmurze a ilością faktycznych opadów (aby zobaczyć te parametry kliknij tutaj). Jest możliwe, że niektóre kombinacje parametrów mogą odtwarzać klimat z przeszłości bardzo dobrze, ale podają znacznie odmienne prognozy na to co może się wydarzyć w przyszłości. Niektóre kombinacje parametrów nie będą działały, dostarczając całkowicie nierealny klimat (na przykład Ziemia zamarza lub oscyluje między bardzo gorącym i bardzo zimnym klimatem co kilka lat) i prawdopodobnie psując model. Nie jest możliwe aby poinformować z wyprzedzeniem jakie będą kombinacje.

Niektóre rzeczy, które uważasz, że nie są częścią klimatu wywierają ogromny wpływ na zmiany klimatyczne - takie jak wybuchy wulkanów (po Pinatubo który wybuchł w 1991 popiół miał wpływ na klimat przez kilka lat), aktywność słoneczna i oczywiście skład atmosfery. Te zjawiska nazywamy mechanizmem wymuszenia. Jeśli się zmieniają, wtedy wymuszają zmiany klimatyczne.

"Trzepot skrzydeł motyla w Brazylii może spowodować tornado w Teksasie". Ten słynny cytat dotyczy faktu, że bardzo niewielkie różnice w tym, co dzieje się na świecie teraz może mieć ogromny wpływ na to, co stanie się w przyszłości. Ponieważ nie możemy mieć doskonałej wiedzy o tym, co dzieje się teraz (do skali poszczególnych motyli), oznacza to więc, że do przedstawienia pełnej prognozy wszystkiego co może się wydarzyć w przyszłości, musimy wziąć pod uwagę wszystko, co może się dziać teraz. Aby to zrobić, musimy użyć zakresu warunków początkowych dla naszych modeli kiedy rozpoczynamy prognozowanie klimatu.

 

 

 

Eksperyment	Cel	Metodologia
1 Czułość modelu na parametry.	Określenie odpowiednich zakresów parametrów.	Każda symulacja obejmuje 3 etapy: Kalibracja (15 lat) Przedprzemysłowe CO2 (15 lat) Podójne CO2 run (15 lat)
2 Symulacja lat 1920-2080	Ocena umiejętności modelu poprzez porównanie z klimatem z przeszłości. Prawdopodobieństwo przewidywania przyszłego klimatu.	Uruchomienie modelu z warunkami początkowymi, wymuszeniami i parametrami.

 

---

Ten eksperyment ma bardziej na celu uczenie się, w jaki sposób model reaguje na zmiany warunków początkowych i parametrów, niż na zdobywanie wiedzy o odtwarzaniu klimatu Ziemi. Z tego powodu używany model ma udoskonaloną atmosferę, ale uproszczony ocean (jednowarstwowy, "płyta" oceanu). Oznacza to, że niektóre elementy systemu klimatycznego (takie jak prądy oceaniczne, oscylacje El Nino) nie są odzwierciedlane, ale model przebiega dużo szybciej i dużo więcej obliczeń może być zakończone.

Wiedza uzyskana z tego eksperymentu o sposobie w jaki model reaguje na zmiany parametrów zostanie wykorzystana do opracowania kolejnych faz eksperymentu climateprediction.net - kombinacji parametrów które oczywiście nie działają, można uniknąć.

Eksperyment składa się z 3 etapów, a każdy model, który jest rozpowszechniany uzupełnia wszystkie 3 etapy w unikalny zestaw warunków początkowych:

Kalibracja (etap 1)

Faza 1 jest fazą kalibracji eksperymentu. W tej fazie temperatura powierzchni oceanu jest niezmienna. Ruch lub strumień ciepła, do lub z oceanów potrzebny do utrzymania oceanu w stałej temperaturze jest obliczany. Jest to proste rozwiązanie, aby mieć bardzo prosty model oceanu, który nie może przechowywać ciepła w sposób prawdziwy, głęboki. Złożony ocean może. Etap obejmuje lata 1810-1825.

Przedprzemysłowe CO₂ (etap 2)

Jest to etap kontroli. Wymaga to uruchomienia modelu na 15 lat z poziomem CO₂ w modelu atmosfery utrzymywanym na stałym poziomie sprzed rewolucji przemysłowej, 282ppm. W przeciwieństwie do etapu 1, tutaj temperatura powierzchni oceanu może się różnić w zależności od tego jak dużo energii ocean odbiera i wysyła. Można jednak śmiało założyć, że ilość ciepła krążąca w oceanie jest taka sama jak w etapie 1, więc ciepło strumieni obliczane w etapie 1, jest stosowane. O ile atmosfera zaczyna robić coś zupełnie innego, a bilans energetyczny na szczycie atmosfery zmienia się, to temperatura całej atmosfery powinna pozostać bez zmian. Jeśli jest to przypadek, średnia temperatura powierzchni na świecie powinna być w przybliżeniu stała i nie zmieniać się znacząco z roku na rok lub mieć tendencję do bardzo różnych temperatur, i mówimy, że model jest stabilny. Etap obejmuje lata 1825-1840.

Podwójne CO₂ (etap 3)

Na tym etapie poziom emisji gazów cieplarnianych jest podwojony, a model jest realizowany przez kolejne 15 lat. W dobrym modelu, atmosfera powinna dostosować się do tej zmiany, i uregulować w nowym stabilnym stanie równowagi (który może być taki sam, cieplejszy lub chłodniejszy). Etap obejmuje lata 2050-2065.

Wyniki będą wskazywać, jakie kombinacje parametrów działają (w zakresie wytwarzania atmosfery, która zachowuje się w podobny sposób do rzeczywistości i nie zamraża się lub gotuje, albo tworzy epoki lodowcowe w czasie kilku lat). Będziemy zatem mieć możliwość wykorzystania wyników aby dokonać wyboru parametrów w głównym eksperymencie.

Porównując etapy pojedynczego i podwójnego CO₂, możemy obliczyć wrażliwość klimatu w modelach - jest to różnica pomiędzy średnią temperaturą powierzchni na świecie w modelu z przedprzemysłowym CO2 a tym ze zdwojoną ilością CO2. Jest to użyteczny wskaźnik pokazujący jak zachowuje się model klimatu, choć jest nieco sztuczny, jako że wartość dwutlenku węgla w atmosferze nie jest stała dla 15 lat, ale zmienia się w sposób ciągły.

[Uwaga: eksperyment uruchomiony we wrześniu 2003 roku..]

W rozszerzeniu do tego eksperymentu, wprowadzona została 4 faza: Thermohaline Circulation Experiment na kilka miesięcy od czerwca 2004.

We wrześniu 2005 r. uruchomiono 5 fazę: Sulphur Cycle Experiment, która była realizowana przez kilka miesięcy.

Drugi eksperyment będzie używał pełnego, połączonego modelu atmosfery i oceanu. Oznacza to, że ocean jest w stanie odpowiedzieć na więcej zmian w atmosferze niż w eksperymencie 1, dając nam pełniejszą symulację klimatu. Eksperyment będzie używał:

• Kombinacji parametrów, które zostały zidentyfikowane w eksperymencie 1, tj. takich, które działają stabilne i tworzą trwały klimat

• Zakresu warunków początkowych takich samych, jak używanych w eksperymencie 1.

• Eksperyment będzie posiadał wymuszenia poprzez obserwacje CO₂, wybuchy wulkaniczne itp. z lat 1920-2000 i zakres możliwych scenariuszy, co może się zdarzyć w ciągu najbliższych 100 lat.

Korzystając z każdego modelu do produkcji retrognozy (określenie stanu pogody w przeszłości na podstawie statystycznego prawdopodobieństwa - przyp. tłum.) lat 1920-2000, a następnie porównując prognozy z tym co się właściwie stało, będziemy mieli obraz jak dobre są nasze modele - czy większość z nich dobrze odtwarza co się właściwie stało? To również pozwala nam określić "rangi" modeli w zależności od tego jak dobrze działają. Wszystkie modele będą również wykorzystywane do produkcji prognoz na przyszłość - do 2080 roku. Kiedy ten eksperyment się zakończy, będziemy mieli szereg prognoz klimatu dla XXI wieku.

Istnieje problem czasu w odniesieniu do oceanu. Pojemność cieplna oceanów jest tysiące razy większa niż atmosfery, dlatego osiągnięcie stanu równowagi przez ocean trwa znacznie dłużej niż atmosfery. Dlatego długa faza "rozkręcania się" jest wymagana przed możliwym przeprowadzeniem eksperymentów z wykorzystaniem modeli oceanu. Jeśli nie zostanie to zrobione, ocean może wciąż dostosowywać się do rozpoczęcia warunków eksperymentu, a model będzie już przetwarzał narzucone warunki początkowe i stan równowagi wystąpi dopiero na koniec eksperymentu.

W ramach przygotowań do uruchomienia w połączeniu, sprawdziliśmy i porównaliśmy wyniki z różnych (w rozdzielczości i topografii) modeli i metod "rozkręcania się", przed podjęciem decyzji o ostatecznym projekcie. Posiadamy również wybrane parametry fizyczne i ich zakresy, które zakłócają modele oceanu. Stworzyliśmy maski obejmujące odpowiednie baseny oceaniczne i inne konkretne obszary zainteresowania, w celu wymuszenia zmienności w czasie diagnostyki oceanu, takich jak ciepło i zawartość wody słodkiej. Stworzyliśmy również korektę obszarów strumieni, które zostaną wykorzystane w fazie "rozkręcania się" w celu utrzymania realistycznego klimatu powierzchni oceanu.

Połączony model działa asynchronicznie, co oznacza, że najpierw przez jakiś czas działa model atmosfery a potem trwa model oceanu. W tym eksperymencie poszczególne składniki działają na zmianę przez jeden dzień.

[Uwaga: eksperyment uruchomiony w lutym 2006 roku.]

---

Ten eksperyment to nic innego jak kontynuacja eksperymentu 2, z tym że zamiast obserwacji mechanizmów wymuszania użyjemy wachlarzu możliwych scenariuszy, co może się zdarzyć w ciągu najbliższych 100 lat - w zakresie emisji gazów cieplarnianych, wybuchów wulkanów, aktywności słonecznej itp.

Kiedy ten eksperyment się zakończy, będziemy mieli szereg prognoz klimatu dla XXI wieku. Ostatnim etapem jest określenie "wagi" każdego modelu w zależności od pozycji w rankingu w eksperymencie 2 - tak, na przykład, jeśli model, który działał bardzo dobrze w eksperymencie 2 i przewiduje ocieplenie o 2 stopnie, i inny który działał źle w eksperymencie 2 przewiduje ocieplenie o 10 stopni, to wierzymy pierwszemu.

Wreszcie, mamy nadzieję, że wytworzymy najbardziej kompletne probabilistyczne prognozy klimatu na następne stulecie.

[Uwaga: eksperyment uruchomiony w lutym 2006 roku.]

click here to read about the experimental strategy in more detail.

Translation by kempler (BOINC@Poland)

Eskperyment Obiegu Siarki

Informacje poniżej przedstawiają różne rodzaje modeli klimatycznych używanych przez CPDN, w tym kilka które pojawią się w przyszłości.

W pełni połączone modele

Był to standardowy model Met. Office jeszcze kilka lat temu i jest nadal aktywnie wykorzystywany do badań zmian klimatycznych. Kolejne wersje tego modelu są planowane przez CPDN.

• Atmosfera: rozdzielczość 2,5 x 3,75 stopni szerokości i długości geograficznej, 19 pionowych poziomów (znany jako N48; porównywalna rozdzielczość do T42). 30 minutowy takt dla dynamiki, 3 godziny dla transferu promieniowania.
• Ocean: rozdzielczość 1,25 x 1,25 stopni szerokości i długości geograficznej, 20 pionowych poziomów, 1 godzinny takt.

Obieg siarki i węgla, dynamiczna roślinność itp. są opcjonalne.

HadCM3 z obniżoną rozdzielczością oceanu. Został on wykorzystany do eksperymentu BBC Climate Change (w tym wersji CPDN) i eksperymentu Geoinżynierii. Wersja CPDN używa dwóch rodzajów zmian topografii oceanu, obie bez Islandii.

• Atmosfera: tak jak HadCM3.
• Ocean: 2.5 x 3.75 stopni, 20 poziomów, 1 godzinny takt.

Szybki, o małej rozdzielczości wariant HadCM3. Ten model zaplanowano dla Eksperymentu Millennium.

• Atmosfera: 5,0 x 7,5 stopni, 11 poziomów.
• Ocean: 2,5 x 3,75 stopni, 20 poziomów, 12 godzinny takt, brak Islandii.

Model atmosferyczny w połączeniu z prostym oceanem

HadCM3 ale z 1 warstwą termodynamiczną oceanu (płyta oceanu). Eksperymenty CPDN Slab, Obiegu Siarki, i mid-Holocene używały/używają tego modelu.

• Ocean: 2.5 x 3.75 lub 1.25 x 1.25 stopni.

Modele atmosfery

Atmosferyczny element HadCM3 z ustalonymi temperaturami powierzchni morza. Nigdy nie używany przez CPDN jako samodzielny model w standardowej rozdzielczości 2,5 x 3,75 stopni.

HadAM3, ale w rozdzielczości N144 (1,25 x 0,83 stopni rozdzielczość, 30 poziomów), z 10 minutowym taktem dla dynamiki, używany w eksperymencie Seasonal Attribution Project.

Taki jak HadAM3, ale z rozdzielczością 1.25 x 1.875 stopni i poprawioną fizyką. Stosowany do sprawdzania i przypisania eksperymentu i jest planowany do eksperymentu śledzenia burz.

Wysokiej rozdzielczości, regionalnie zmienny HadAM3 z poprawioną fizyką. Będzie on służył do modelu regionalnego w PRECIS.

Ma rozdzielczość 0,44 x 0,44 stopni z obracającymi się biegunami aby osiągnąć wyższą dokładność. Rozdzielczość 50 km x 50 km w 19 poziomach. Używany jest również podwójny wariant rozdzielczości czyli 0,22 x 0,22 stopni.

Model hybrydowy

HadRM3, kierowany przez globalny model, taki jak HadCM3, HadCM3L lub HadAM3P. CPDN planuje wykorzystanie HadCM3L i kierowany przez HadRM3.

Podziękowania: William Ingram; Neil Massey, Myles Allen and Hiro Yamazaki.

Translation by kempler (BOINC@Poland)