Daigdig at klima

Mga earth system model

Atmospera, karagatan, yelong dagat, lupa at carbon cycle na magkakabit sa pandaigdigang grid at pinatatakbo sa loob ng mga siglo.

Tanong na sinasagot nito: Gaano iinit ang planeta sa isang takdang landas ng mga emisyon?

Hindi kasama: Kinakatawan pa rin ng mga parametrisation ang mga ulap, ang pinakamalaking pinagmumulan ng hindi pagkakasundo ng mga modelo.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang malaking bahagi ng isang pambansang supercomputer, sa loob ng ilang buwan.Mula: 1969 Ang unang coupled na climate model ng karagatan at atmospera nina Manabe at Bryan.Sa simulations tree: Pinagsamang karagatan at atmospera

Paleoklima

Tumatakbo ang parehong mga modelo sa mga panahon ng yelo at malalim na panahon, na may ibang kontinente, orbit at atmospera.

Tanong na sinasagot nito: Ano ang nagpasimula ng mga panahon ng yelo, at ano ang sinasabi ng nakaraan tungkol sa sensitibidad ng klima?

Hindi kasama: Ang sinaunang baybayin, yelo at halaman ay muling binubuo mula sa kakaunting ebidensya, saka itinuturing na kilalang input.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang katulad ng makabagong takbo ng klima, bahagi ng supercomputer sa loob ng mga buwan.Mula: 1977 Ang unang GCM simulation nina Manabe at Hahn ng klima ng panahon ng yelo.

Mga ice sheet at lebel ng dagat

Mga glacier at ice sheet na dumadaloy, natutunaw at nahuhulog sa dagat.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kabilis madaragdagan ng mga ice sheet ang lebel ng dagat sa siglong ito?

Hindi kasama: Hindi pa rin mahusay na nakukuha ang pisika ng biglaang pagbali at pagdulas ng yelo.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁵ FLOPS magaspang isang university cluster, mga araw hanggang linggo bawat na-simulate na siglo.Mula: 1976 Maagang finite-difference na modelong pangkompyuter ni Mahaffy ng ice sheet.

Mga integrated assessment model

Enerhiya, ekonomiya, paggamit ng lupa at klima na iniugnay sa iisang modelo, ginagamit para ihambing ang mga landas ng patakaran.

Tanong na sinasagot nito: Anong halo ng enerhiya at gamit ng lupa ang nagpapanatili ng pag-init sa ilalim ng takdang limitasyon, at sa anong gastos?

Hindi kasama: Pinaikli sa iilang ekwasyon ang buong ekonomiya at klima, kaya lubhang nakasalalay ang sagot sa napiling discount rate.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang isang laptop; ilang segundo hanggang minuto ang buong takbo.Mula: 1992 DICE model ni Nordhaus, ang unang malawakang ginamit na modelo ng klima at ekonomiya.

Regional climate downscaling

Ang magaspang na output ng isang pandaigdigang climate model na ginagamit para patakbuhin ang mas pinong panrehiyong modelo sa isang bansa o hanay ng bundok.

Tanong na sinasagot nito: Ano talaga ang ibig sabihin ng global warming para sa panahon sa lambak na ito?

Hindi kasama: Namamana nito ang mga bias ng anumang global na modelong pinagsasaksakan nito, sa mas mataas na resolusyon lang.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang isang pambansang cluster, mga linggo para sa isang panrehiyong projection.Mula: 1989 mga maagang nested na panrehiyong climate model na pinatakbo sa limitadong lugar.

Solar geoengineering

Mga climate model na pinatakbo na may sadyang interbensyong idinagdag, gaya ng mga mapanimdim na particle na itinuturok sa itaas na atmospera, para makita kung ano ang mababago nito.

Tanong na sinasagot nito: Maaari bang pantayan ng sadyang pagbabawas ng papasok na sikat ng araw ang pag-init, at anong mga side effect ang idudulot nito?

Hindi kasama: Walang ganitong interbensiyong naisagawa nang malakihan, kaya nakadepende ang bawat resulta sa kung gaano kahusay kinakatawan ng modelo ang mga aerosol na hindi pa kailanman naobserbahan sa ganoong pagpapakalat.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang malaking bahagi ng isang pambansang supercomputer, sa loob ng ilang buwan.Mula: 1992 mga maagang eksperimento ng climate model na sumusubok sa isang hypothetical na interbensyong parang bulkan.

Mga modelo ng World-Earth

Mga climate model na nakakabit sa simpleng dinamikong representasyon ng kilos ng tao, kaya tumutugon sa kalagayan ng planeta ang mga emisyon, patakaran at pagbabagong panlipunan.

Tanong na sinasagot nito: Paano nagkakaugnayan sa loob ng mga siglo ang social tipping at mga feedback ng klima?

Hindi kasama: Mga hypothesis ang mga tuntunin ng kilos, at magaspang ang detalye ng klima sa espasyo.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang Mga reduced-complexity na modelo na pinatatakbo sa malalaking ensembleMula: 2018 Earth system modelling with complex dynamic human societies: the copan:CORE framework (2018) pinagmulan

Mga pandaigdigang cloud-resolving na modelo

Mga modelong atmospera na sapat ang pino ng grid, ilang kilometro, para direktang katawanin ang malalim na convection sa buong globo.

Tanong na sinasagot nito: Maaari bang direktang i-simulate ang mga tropikal na sistema ng ulap sa halip na sa pamamagitan ng mga parameter?

Hindi kasama: Maikli ang mga takbo, at tinatantiya pa rin ang kaguluhan at cloud microphysics.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁸ FLOPS magaspang Mga linggo ng simulate na oras sa pinakamalalaking makinaMula: 2007 A Madden-Julian oscillation event realistically simulated by a global cloud-resolving model (2007) pinagmulanSa simulations tree: Global cloud-resolving model

Superparameterisation

Isang maliit na cloud-resolving model ang ipinapasok sa loob ng bawat haligi ng isang magaspang na pandaigdigang modelo para palitan ang karaniwang convection scheme.

Tanong na sinasagot nito: Mapapabuti ba ng tahasang pisika ng ulap ang isang climate model nang walang buong pinong pandaigdigang grid?

Hindi kasama: Maliliit ang mga naka-embed na modelo at hindi nakikipag-usap sa mga katabing column.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang Ang mga embedded na 2D cloud model ay ilang beses na nagpaparami ng gastosMula: 2001 Coupling cloud processes with the large-scale dynamics using the cloud-resolving convection parameterization (2001) pinagmulan

Extreme-event attribution

Ang malalaking ensemble ng takbo ng klima na mayroon at walang impluwensiya ng tao ay nagbibigay ng tsansa ng isang partikular na heatwave, baha o bagyo sa bawat mundo.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalaki ang pagbabago ng mga emisyon ng tao sa tsansa ng partikular na pangyayaring ito?

Hindi kasama: Nakasalalay ang mga resulta sa kung gaano kahusay kinokopya ng modelo ang uri ng pangyayari sa sukat na iyon.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang Daan-daan hanggang libu-libong miyembro ng ensembleMula: 2004 Human contribution to the European heatwave of 2003 (2004) pinagmulan

Mga perturbed-physics ensemble na kinukuwenta ng mga boluntaryo

Libu-libong kopya ng modelo ng klima, bawat isa ay bahagyang magkaiba ang pisikal na parameter, na pinatatakbo sa mga donadong kompyuter sa bahay.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalawak ang saklaw ng pag-init na tugma sa hindi tiyak na pisika ng modelo?

Hindi kasama: Nakapirmi ang istruktura ng modelo; mga parameter lang ang binabago.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang Libu-libong takbo ng modeloMula: 2005 Uncertainty in predictions of the climate response to rising levels of greenhouse gases (2005) pinagmulan

Mga malalaking ensemble na initial-condition

Isang climate model ang pinatatakbo nang dose-dosenang beses mula sa bahagyang magkakaibang simula para ihiwalay ang sapilitang pagbabago mula sa panloob na pagkakaiba-iba.

Tanong na sinasagot nito: Aling bahagi ng rehiyonal na trend ang sariling ingay ng klima?

Hindi kasama: Nakukuha nito ang pagkakaiba sa loob ng iisang modelo, hindi ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁸ FLOPS magaspang Dose-dosenang magkakabit na takbo na tumatagal ng mga sigloMula: 2015 The CESM Large Ensemble Project (2015) pinagmulan

Mga learned na climate emulator

Isang neural network na sinanay sa output ng climate model ang nagpapausad ng atmospera sa loob ng mga dekada o siglo sa napakaliit na bahagi ng gastos.

Tanong na sinasagot nito: Maaari bang gayahin nang mabilis ng isang sinanay na surrogate ang mga estadistika ng klima sa loob ng ilang dekada?

Hindi kasama: Namamana nito ang mga bias ng training model nito at maaaring pumalya sa labas ng mga klimang nakita nito.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁵ FLOPS magaspang Pagsasanay sa mga archive ng modelo, saka murang mahabang takboMula: 2023 A fast, skillful learned global atmospheric model for climate prediction (2023) pinagmulan

Mga digital twin ng earth-system

Patuloy na ina-update, high-resolution na mga modelo ng planeta, pinapakain ng mga obserbasyon at binuo para sagutin ang mga what-if na tanong ng mga user.

Tanong na sinasagot nito: Ano ang mangyayari sa isang rehiyon kung naganap ang isang takdang desisyon o pangyayari?

Hindi kasama: Kasintapat lang ng mga modelo at datos nito ang twin, at limitado ang mga interactive na senaryo.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁹ FLOPS magaspang Mga global na modelong km-scale kasama ang assimilationMula: 2021 The digital revolution of Earth-system science (2021) pinagmulan

Radiative-convective na climate model

Isang iisang haligi ng atmospera na nasa balanse sa pagitan ng radyasyon at convection, ginagamit para malaman kung gaano iinit ang isang planeta kapag nagbago ang carbon dioxide o halumigmig.

Tanong na sinasagot nito: Gaano iinit ang haligi ng hangin kapag dumoble ang greenhouse gas nito?

Hindi kasama: Wala itong hangin, ulap o transportasyon sa karagatan, kaya reperensiyang pag-init ang ibinibigay nito at hindi pagtataya.

Tumatakbo sa: mga 10⁴ FLOPS magaspang isang one-dimensional na haligi, mabilis sa isang laptop.Mula: 1967 Thermal equilibrium ng atmospera nina Manabe at Wetherald na may takdang distribusyon ng relative humidity. pinagmulan

Energy-balance na climate model

Ang Daigdig na pinaliit sa mga bandang latitud na sumisipsip at naglalabas ng init at nagpapalitan nito sa transportasyon, sapat para ipakita ang ice-albedo feedback at biglaang paglipat sa pagitan ng mga estado ng klima.

Tanong na sinasagot nito: Maaari bang magyelo ang buong planeta dahil sa kusang paglawak ng yelo?

Hindi kasama: Binabalewala ng larawan ang dinamika at panahon, kaya nagbibigay-kaalaman ito pero hindi nagtataya.

Tumatakbo sa: mga 10³ FLOPS magaspang ilang equation; ilang segundo sa anumang kompyuter.Mula: 1969 Global climatic model ni Sellers batay sa energy balance ng sistemang daigdig-atmospera. pinagmulan

Pagmomodelo ng dynamic global vegetation at carbon-cycle

Mga halaman, lupa at palitan nila ng carbon na sinisimulate sa buong mundo, na naglalaban at nagbabago ang mga uri ng halaman habang nagbabago ang klima.

Tanong na sinasagot nito: Gaano karaming carbon ang sisipsipin o ilalabas ng lupa habang umiinit ang klima?

Hindi kasama: Pinagsasama sa iilang functional na klase ang mga uri ng halaman, at magaspang ang feedback ng sustansiya at kaguluhan.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang mga multi-century na pandaigdigang takbo, na kadalasan ay sa magaspang na grid.Mula: 1996 Ang integrated biosphere model nina Foley at mga kasamahan ng mga proseso sa ibabaw ng lupa, terrestrial carbon balance at dinamika ng halaman. pinagmulan

Coupled na carbon-cycle at climate simulation

Isang climate model na may carbon cycle ng lupa at karagatan sa loob nito, kaya mababago ng pag-init kung gaano karami ang sinisipsip ng Daigdig at bumabalik ito bilang feedback sa sarili nito.

Tanong na sinasagot nito: Gagawin bang pinagmumulan ng carbon ng pag-init ang lupa at karagatang dating sumisipsip nito?

Hindi kasama: Malawak ang pagkakaiba ng tugon ng carbon sa lupa sa pagitan ng mga modelo dahil sa mga palagay tungkol sa lupa at halaman.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang mga multi-century na coupled na takbo ng klima sa isang supercomputer.Mula: 2000 Ang pagbilis ng global warming nina Cox, Betts, Jones, Spall at Totterdell dahil sa mga feedback ng carbon-cycle sa isang coupled na climate model. pinagmulan

Pagmomodelo ng ekosistema at biogeochemistry ng karagatan

Mga sustansiya, plankton at detritus na dinadala at pinaiikot sa karagatan, para hulaan ang produktibidad at ang carbon na dinadala sa kailaliman.

Tanong na sinasagot nito: Gaano karaming carbon ang dinadala ng buhay sa karagatan tungo sa kailaliman?

Hindi kasama: Ang mga grupo ng plankton ay iilang pinagsamang kompartimento na may mga iniayong rate.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁵ FLOPS magaspang isang biogeochemical na module sa loob ng isang ocean general circulation model.Mula: 1990 Ang nitrogen-based na modelo nina Fasham, Ducklow at McKelvie ng dinamika ng plankton sa mixed layer ng karagatan. pinagmulan

Learned na subgrid parameterisation

Isang neural network na sinanay sa isang cloud-resolving model ang pumapalit sa mga gawa-kamay na tuntunin para sa mga bagyo at ulap na masyadong maliit para sa magaspang na pandaigdigang climate model.

Tanong na sinasagot nito: Makukuha ba ng isang magaspang na climate model nang tama ang maliliit na ulap sa pamamagitan ng pag-aaral mula sa mas pino?

Hindi kasama: Maaaring maanod sa hindi matatag o hindi pisikal na estado ang network kapag lumabas ang klima sa mga kondisyong pinagsanayan nito.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang pagsasanay sa maliit na hanay ng mga pinong simulasyon, saka murang paggamit sa loob ng modelo ng klima.Mula: 2018 Deep-learning na representasyon nina Rasp, Pritchard at Gentine ng mga subgrid na proseso sa isang climate model. pinagmulan

Numerical weather prediction

Ang kasalukuyang naobserbahang atmospera na isinusulong nang ilang oras hanggang araw, karaniwang bilang ensemble ng bahagyang magkakaibang panimulang punto.

Tanong na sinasagot nito: Uulan ba rito sa Huwebes, at gaano tayo kasigurado?

Hindi kasama: Bumabagsak ang husay lampas sa humigit-kumulang sampung araw, gaano man kapino ang grid.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang supercomputer ng isang pambansang sentro ng panahon, ilang porsyento nito sa loob ng ilang oras.Mula: 1950 Ang unang numerikal na pagtataya nina Charney, Fjortoft at von Neumann.Sa simulations tree: Unang pagtataya ng kompyuter

Machine-learned na panahon

Mga neural network na sinanay sa mga dekada ng nakaraang panahon, na gumagawa ng pagtataya sa loob ng segundo sa halip na oras.

Tanong na sinasagot nito: Makakapagtaya ba nang kasinghusay ng pisikang pinagsanayan ng isang natutunang emulator?

Hindi kasama: Natututuhan nito ang mga padron sa nakaraang panahon, kaya nahihirapan ito sa uri ng matinding pangyayaring hindi pa nito nakita.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang isang high-end na GPU; mga pagtataya sa loob ng ilang segundo sa halip na oras.Mula: 2022 mga unang natutunang modelo ng panahon na tumapat sa husay ng pagtataya na batay sa pisika.

Mga tropical cyclone

Mga bagyo at typhoon sa mataas na resolusyon: ang mga landas, lakas at ulan nila.

Tanong na sinasagot nito: Saan lalapag ang bagyo, at gaano ito kalakas?

Hindi kasama: Mas maliit pa rin ang mata at eyewall kaysa sa kayang resolbahin nang wasto ng karamihan sa mga modelo.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang cluster ng isang pambansang sentro ng pagtataya, pinatatakbo para sa bawat aktibong bagyo.Mula: 1969 Maagang numerical na modelo ni Ooyama ng pag-unlad ng isang bagyo.

Kalidad ng hangin at dispersion

Mga pollutant, usok at abo ng bulkan na dinadala, hinahalo at binabago ng kimika ng hangin.

Tanong na sinasagot nito: Saan pupunta ang plume, at ligtas bang langhapin o lipadan ang hangin?

Hindi kasama: Madalas luma o tinatantiya lang ang mga emissions inventory, ang input na pinagbabatayan ng buong pagtataya.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang oras bawat pangyayari ng polusyon.Mula: 1970 mga maagang computerised na Gaussian plume model para sa polusyon ng tsimenea.

Pagtataya ayon sa panahon

Isang ensemble ng mga takbo ng modelong kasinghaba ng klima, nagsimula mula sa karagatan at atmospera ngayon, na nakatutok sa tsansa para sa buong season sa halip na sa iisang araw.

Tanong na sinasagot nito: Mas mainit o mas maulan ba ang taglamig na ito kaysa sa karaniwan?

Hindi kasama: Hindi masasabi kung ano ang panahon sa isang partikular na araw, kundi kung paano nagbago ang mga tsansa.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang supercomputer ng isang pambansang sentro ng pagtataya, isang ensemble ng mga takbo bawat season.Mula: 1986 mga maagang dinamikong pana-panahong pagtataya gamit ang mga ocean-coupled na modelo.

Matitinding convective na bagyo

Isang bagyong kulog o supercell, minomodelo sa resolusyong sapat para makita ang updraft at downdraft nito, para makita kung magiging buhawi ito o maghuhulog ng malalaking yelo.

Tanong na sinasagot nito: Magdudulot ba ng buhawi ang bagyong ito, at saan?

Hindi kasama: Kailangan ng grid na sapat ang liit para makita ang buhawi, na masyadong mahal patakbuhin sa lahat ng lugar na maaaring pagmulan ng bagyo.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang isang pambansang cluster, ilang oras para sa isang bagyo sa napakataas na resolusyon.Mula: 1975 mga maagang three-dimensional na computer model ng iisang bagyong kulog.

Generative ensemble na pagtataya ng panahon

Isang diffusion model ang gumagawa ng maraming posibleng hinaharap ng panahon para sa susunod na dalawang linggo, na nagbibigay ng probabilidad para sa bawat variable sa pandaigdigang antas.

Tanong na sinasagot nito: Maibibigay ba nang mura ng isang natutunang modelo ang naka-calibrate na kawalang-katiyakan ng pagtataya?

Hindi kasama: Nakatali ito sa reanalysis data at walang pisikal na garantiya sa mga bihirang matinding pangyayari.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang Pagsasanay sa mga dekada ng reanalysis, ilang minuto bawat miyembro ng ensembleMula: 2023 GenCast: diffusion-based ensemble forecasting for medium-range weather (2023) pinagmulan

Ensemble na pagtataya ng panahon

Isang pagtataya na pinatakbo nang maraming beses mula sa bahagyang magkakaibang panimulang estado, kaya ipinapakita ng lawak ng pagkakaiba kung gaano kalaki ang kawalang-katiyakan ng panahon at kung gaano kalamang ang bawat kinalabasan.

Tanong na sinasagot nito: Gaano katiyak ang isang pagtataya ng panahon, at ano ang puwedeng mangyari sa halip?

Hindi kasama: Bahagya lang nahuhuli ng mga perturbasyon ng panimulang estado ang pagkakamali ng modelo, kaya madalas na masyadong makitid ang saklaw.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang dose-dosenang pandaigdigang pagtataya araw-araw, bawat isa ay malaking takbo.Mula: 1974 Leith, ang teoretikal na husay ng mga Monte Carlo na pagtataya. pinagmulan

Atmospheric reanalysis

Isang nakapirming makabagong modelo ng pagtataya na pinatakbo sa mga dekada ng nakaraang obserbasyon, pinaghahalo ang mga ito sa isang pare-pareho at walang puwang na talaan ng atmospera.

Tanong na sinasagot nito: Ano ang hangin, temperatura at presyon sa bawat lugar at oras noong nakaraan?

Hindi kasama: Ang mga pagbabago sa sistema ng pagmamasid sa paglipas ng panahon ay nag-iiwan ng artipisyal na trend sa talaan.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang mga dekada ng assimilation cycle sa isang supercomputer.Mula: 1996 Ang 40-taong NCEP/NCAR reanalysis project nina Kalnay at mga kasamahan. pinagmulan

Large-eddy simulation ng atmospheric boundary layer

Ang pinakamababang kilometro ng atmospera, kung saan naghahalo ng init, halumigmig at pollutant ang magugulong eddy, na nareresolba ang malalaking eddy at minomodelo ang maliliit.

Tanong na sinasagot nito: Paano nagdadala pataas ng init at halumigmig mula sa lupa ang mga magulong eddy?

Hindi kasama: Ipinaparametro ang palitan sa ibabaw at sub-grid na paghahalo, kaya limitado ang katumpakan malapit sa lupa.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang ilang kilometro ng domain sa resolusyong sampu-sampung metro.Mula: 1972 Ang numerikal na pagsisiyasat ni Deardorff sa neutral at di-matatag na planetary boundary layer. pinagmulan

Pandaigdigang storm-resolving na simulation

Isang modelong atmospera ng buong planeta sa resolusyong ilang kilometro kaya lumilitaw ang mga kumpol ng bagyong kulog at tropikal na bagyo nang walang convection parametrisation.

Tanong na sinasagot nito: Ano ang ginagawa ng atmospera kapag nareresolba ang mga bagyo sa halip na tinatantiya?

Hindi kasama: Ang cloud microphysics at turbulence na mas mababa sa ilang kilometro ay nananatiling parametrised, at masyadong maikli ang mga takbo para pag-aralan ang klima.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁹ FLOPS magaspang mga linggo sa pinakamalalaking makina para sa ilang simulate na buwan.Mula: 2008 Nonhydrostatic icosahedral atmospheric model nina Satoh at mga kasamahan para sa mga pandaigdigang cloud-resolving simulation. pinagmulan

Paglabas at paglipat ng mineral na alikabok

Hangin na nag-aangat ng alikabok ng disyerto, nagdadala nito sa mga dagat at nagdedeposito, para malaman ang epekto nito sa radyasyon, sustansya ng karagatan at kalidad ng hangin.

Tanong na sinasagot nito: Gaano karaming alikabok ng disyerto ang pumapasok sa hangin at saan ito pupunta?

Hindi kasama: Nakasalalay ang mga threshold ng emisyon sa mga katangian ng lupa at ibabaw na hindi gaanong namamapa.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang isang dust module sa loob ng isang atmosphere model sa loob ng ilang taon.Mula: 1994 Ang modelo nina Tegen at Fung ng mineral na alikabok sa atmospera: mga pinagmulan, transportasyon at optical thickness. pinagmulan

Pagmomodelo ng energy balance sa ibabaw ng lungsod

Itinuturing na canyon ang mga kalye, bubong at dingding na nagpapalitan ng init, halumigmig at momentum sa hangin, para hulaan ang urban heat island at pangangailangan sa pagpapalamig ng gusali.

Tanong na sinasagot nito: Bakit mas mainit ang lungsod kaysa sa kanayunang nakapaligid dito?

Hindi kasama: Pinasimple ang mga lungsod bilang mga ideyal na urban canyon, kaya tinatantiya lang ang detalye ng gusali at init ng trapiko.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang isang canyon scheme sa loob ng isang atmospheric model sa ibabaw ng isang metropolitan na lugar.Mula: 2000 Physically-based na iskema ni Masson para sa urban energy budget sa mga modelo ng atmospera. pinagmulan

Pagmomodelo ng thermosphere at ionosphere

Ang itaas na atmospera sa 100 hanggang 600 kilometro, na pinapainit ng sikat ng araw at mga particle, na may hangin at kuryenteng nagbabago sa drag ng satellite at mga signal ng radyo.

Tanong na sinasagot nito: Paano binabago ng aktibidad ng araw ang itaas na atmospera at pagpapalaganap ng radyo?

Hindi kasama: Ipinataw mula sa kakaunting datos ang ibabang hangganan at ang enerhiya mula sa itaas.

Tumatakbo sa: mga 10¹³ FLOPS magaspang coupled na simulation ng itaas na atmospera sa loob ng mga araw ng space weather.Mula: 1988 Coupled thermosphere/ionosphere general circulation model nina Roble, Ridley, Richmond at Dickinson. pinagmulan

Sirkulasyon ng karagatan

Mga agos, ipu-ipo, init at asin na gumagalaw sa mga karagatan ng mundo.

Tanong na sinasagot nito: Maaari bang bumagal ang mga dakilang overturning current ng Atlantic?

Hindi kasama: Mas maliit sa grid ang karamihan ng mga eddy na naghahalo ng init at karbon, kaya kailangang iparametro ang epekto nila.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang isang malaking cluster, mga linggo para sa takbong tumatagal ng ilang dekada.Mula: 1969 Ang unang computer model ni Bryan ng pandaigdigang sirkulasyon ng karagatan.

Mga tsunami at storm surge

Mga alon na nabuo ng lindol o bagyo, tumatawid sa karagatan at umaakyat sa baybayin.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kataas aabot ang tubig, at aling mga kalye ang unang babahain?

Hindi kasama: Karaniwang pinasimple ang mga depensa sa baybayin at drainage, mas mababa pa sa resolusyon ng mismong run-up.

Tumatakbo sa: mga 10¹³ FLOPS magaspang isang workstation; ilang minuto para sa takbo ng babala sa baybayin.Mula: 1969 Ang mga unang numerikal na eksperimento ni Aida sa pagmomodelo ng tsunami.

Mga ilog at baha

Ulang bumabagsak sa catchment, sumisipsip o umaagos tungo sa mga sapa, ilog at floodplain.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalaking baha ang idudulot ng bagyong ito, at saan?

Hindi kasama: Ina-average ang lupa at gamit ng lupa sa buong catchment, kaya natatago ang mismong bukid o bangin na talagang binabaha.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang isang laptop; ilang minuto ang takbo ng isang catchment.Mula: 1966 Ang Stanford Watershed rainfall-runoff na modelo nina Crawford at Linsley.

Tubig sa lupa

Tubig na mabagal na gumagalaw sa lupa at bato sa mga aquifer.

Tanong na sinasagot nito: Gaano katagal natin mapapaandar ang pump sa aquifer na ito bago matuyo ang mga balon?

Hindi kasama: Minamapa ang mga katangian ng bato at lupa sa ilalim ng ibabaw mula sa mga borehole na daan-daang metro ang pagitan, kaya karamihan ng aquifer ay hinuha lang.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang isang laptop o workstation; ilang minuto hanggang oras bawat aquifer.Mula: 1968 Maagang finite-difference na aquifer model nina Pinder at Bredehoeft.

Yelo sa dagat

Lumulutang na yelo sa ibabaw ng karagatan, nababasag, nagkakaroon ng tagaytay, naaanod at natutunaw sa ilalim ng hangin, alon at init.

Tanong na sinasagot nito: Gaano karami sa Karagatang Arktiko ang matatakpan pa rin ng yelo sa katapusan ng tag-init?

Hindi kasama: Itinuturing na makinis na tuloy-tuloy na kumot ang magkakaibang kalawakan ng mga basag at may tagaytay na floe.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁵ FLOPS magaspang isang pambansa o unibersidad na cluster, mga linggo na ipinares sa takbo ng karagatan.Mula: 1969 mga maagang computer model ng lumulutang na yelong dagat ng Arctic.

Pagtataya ng alon sa karagatan

Hangin na umiihip sa bukás na tubig, na lumilikha at gumagabay sa swell at chop, na sinusubaybayan para hulaan ang taas at direksyon ng alon para sa mga barko at baybayin.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalakas ang alon ng dagat dito bukas?

Hindi kasama: Mahina ang resulta sa pinakamatarik at nababasag na tuktok ng alon, na pinakamahalaga sa kaligtasan sa dagat.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁵ FLOPS magaspang cluster ng isang pambansang sentro ng pagtataya, pinatatakbo nang ilang beses sa isang araw.Mula: 1956 mga maagang numerikal na pagtataya ng alon kasunod ng mga paraan ng paghula ng alon noong digmaan.

Pagmomodelo ng pagbaha

Tubig mula sa ilog o bagyo na kumakalat sa floodplain sa grid ng lupain, para i-map ang lalim at lawak para sa insurance at pagpaplano.

Tanong na sinasagot nito: Aling mga kalye at bukid ang lulubog sa baha?

Hindi kasama: Ang katumpakan ng lupain at ng inflow hydrograph ang nangingibabaw sa error, hindi ang mga numerikal na pamamaraan.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang dalawang-dimensyonal na shallow-water o raster na modelo ng basin ng ilog.Mula: 2000 Ang simpleng raster-based na modelo nina Bates at De Roo para sa simulation ng pagbaha. pinagmulan

Pagmomodelo ng sirkulasyon sa baybayin at estuwaryo

Mga tubig-dagat, ilog at hangin na naglilipat ng tubig, asin at sediment sa mga look at estero sa grid na sumusunod sa lupain.

Tanong na sinasagot nito: Paano pinaghahalo ng pagtaas-baba ng tubig-dagat at ng mga ilog ang tubig sa isang baybayin?

Hindi kasama: Ang mga pagkakamali sa maliliit na paghahalo at sa bathymetry ay naglilimita sa katumpakan malapit sa baybayin.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang tatlong-dimensyonal na rehiyonal na modelo na may takbong isang taon.Mula: 1987 Ang paglalarawan nina Blumberg at Mellor sa isang three-dimensional na modelo ng sirkulasyon ng karagatan sa baybayin. pinagmulan

Pagmomodelo ng marine debris at Lagrangian drift

Mga virtual na particle na dinadala ng simulate o naobserbahang agos ng karagatan para malaman kung saan pupunta ang lumulutang na plastik, langis o larva.

Tanong na sinasagot nito: Saan napupunta ang mga lumulutang na plastik mula sa isang baybayin?

Hindi kasama: Hindi gaanong alam ang windage, wave drift at paglubog o pagkabasag ng mga particle.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang milyun-milyong particle na dinala sa loob ng isang taon ng agos ng karagatan.Mula: 2012 Ang pinagmulan, dinamika at ebolusyon ng mga garbage patch sa karagatan mula sa naobserbahang surface drifter nina van Sebille, England at Froyland. pinagmulan

Simulasyon ng reservoir ng petrolyo at gas

Langis, gas at tubig na dumadaloy sa mga butas ng reservoir na bato patungo sa mga balon, para planuhin ang pagbabarena at hulaan kung gaano karami ang mababawi.

Tanong na sinasagot nito: Gaano karaming langis ang ibibigay ng isang bukirin, at saan dapat ilagay ang mga balon?

Hindi kasama: Hinuhulaan mula sa kakaunting datos ang mga katangian ng bato sa pagitan ng mga balon, kaya karaniwang mas malaki ang kawalang-katiyakan kaysa sa numerics.

Tumatakbo sa: mga 10¹³ FLOPS magaspang multiphase flow sa isang geological na modelong may milyun-milyong selula.Mula: 1955 Numerical na solusyon nina Peaceman at Rachford sa mga parabolic at elliptic na differential equation, ang batayan ng mga unang reservoir simulator. pinagmulan

Glacial isostatic adjustment at mga fingerprint ng lebel ng dagat

Ang pag-angat muli ng crust ng Daigdig habang natutunaw ang mga ice sheet at nagbabagong-distribusyon ang mga karagatan, para hulaan ang rehiyonal na pagbabago ng lebel ng dagat at ang gravity field.

Tanong na sinasagot nito: Bakit bumababa ang lebel ng dagat sa ilang lugar habang natutunaw ang yelo at tumataas sa iba?

Hindi kasama: Hindi pa gaanong natutukoy nang tiyak ang lagkit ng mantle sa ilalim ng mga plato at nag-iiba ito sa bawat rehiyon.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang mga viscoelastic na modelo ng Daigdig na nilulutas sa isang sphere.Mula: 1976 Ang kalkulasyon nina Farrell at Clark ng postglacial na lebel ng dagat. pinagmulan

Simulation ng geological na imbakan ng carbon dioxide

Carbon dioxide na ini-inject na kumakalat, tumataas at natutunaw sa isang saline na pormasyon ng bato, na sinusundan sa loob ng mga siglo ang pagkulong ng caprock, capillarity at mga reaksiyon ng mineral.

Tanong na sinasagot nito: Mananatili ba sa ilalim ng lupa ang gas, at saan ito pupunta?

Hindi kasama: Ang bato sa ilalim ng borehole ay kilala lang sa ilang balon at survey, kaya hinuhulaan nang may malawak na kawalang-katiyakan ang permeability at mga fault.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁵ FLOPS magaspang mga linggo sa isang cluster para sa modelo ng basin-scale sa loob ng libu-libong taon.Mula: 2002 Ang intercomparison ng Lawrence Berkeley ng mga numerikal na code para sa geologic na pagtatapon ng CO2. pinagmulan

Reactive transport sa ilalim ng lupa

Tubig na nagdadala ng mga kemikal sa bato o lupa habang natutunaw, namumuo at nagpapalitan ng ion ang mga mineral, na nilulutas kasama ng daloy.

Tanong na sinasagot nito: Paano nagbabago sa isa't isa sa paglipas ng panahon ang kimika at ang daluyan ng isang aquifer o imbakan?

Hindi kasama: Inilalapat sa batong hindi alam ang reaktibong lawak ng ibabaw sa lupa ang mga rate ng reaksiyon na sinukat sa laboratoryo.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang mga araw sa isang cluster para sa isang three-dimensional na field site.Mula: 1985 Continuum model ni Lichtner para sa magkakabit na reaksiyong kemikal at pagdadala ng masa sa mga hydrothermal system. pinagmulan

Mantle convection at plate tectonics

Mainit na bato na dahan-dahang gumagalaw sa loob ng planeta sa loob ng daan-daang milyong taon, na dala ang mga plato sa ibabaw.

Tanong na sinasagot nito: Bakit may plate tectonics ang Daigdig gayong wala ang mga kapitbahay nito?

Hindi kasama: Pinatatakbo nang sabay ang milyun-milyong simulate na taon, kaya hindi rin nito maipapakita ang iisang lindol.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁵ FLOPS magaspang isang university cluster, mga linggo para sa isang mahabang takbo.Mula: 1974 Ang unang numerical na mantle convection model nina McKenzie, Roberts at Weiss.

Mga lindol at seismic na alon

Mga lamat na nababasag at ang mga alon na kumakalat sa crust para yanigin ang lupa.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalakas yayanig ang lungsod na ito kapag nabiyak ang fault na iyon?

Hindi kasama: Ipinapalagay pa rin, hindi alam nang maaga, ang panimulang punto ng pagkapunit at ang eksaktong pagkamagaspang ng fault.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁶ FLOPS magaspang isang pambansang o unibersidad na cluster, mga araw para sa isang malaking pagkabasag ng lamat.Mula: 1968 Ang maagang finite-difference na modelo nina Alterman at Karal para sa mga alon ng lindol.

Mga pagsabog ng bulkan at agos ng lava

Magma na umaakyat, sumasabog at dumadaloy pababa bilang lava, abo o mabilis na mainit na ulap.

Tanong na sinasagot nito: Aling mga nayon ang nasa landas kung sasabog ang bulkan?

Hindi kasama: Hindi mahuhulaan kung kailan magsisimula ang pagsabog, kundi kung ano ang mangyayari kapag nagsimula na.

Tumatakbo sa: mga 10¹³ FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang oras bawat senaryo.Mula: 1980 mga maagang computer model ng lava na dumadaloy pababa mula sa butas.

Ebolusyon ng tanawin

Mga ilog na nag-uukit ng lambak, mga dalisdis na dahan-dahang gumagalaw at mga baybaying nawawasak sa loob ng libu-libo hanggang milyun-milyong taon.

Tanong na sinasagot nito: Paano nabuo ang hugis ng tanawing ito?

Hindi kasama: Pinipiga ang milyun-milyong taon sa isang takbo, kaya nawawala ang anumang iisang bagyo o pagguho ng bato.

Tumatakbo sa: mga 10¹³ FLOPS magaspang isang workstation; mga araw para sa isang tanawing isang milyong taon.Mula: 1991 Ang maagang kinuwentang modelo ng ebolusyon ng tanawin nina Willgoose at mga kasamahan.

Pagkalat ng sunog sa gubat

Apoy na gumagalaw sa panggatong, lupain at hangin, selula por selula.

Tanong na sinasagot nito: Nasaan ang unahan ng apoy sa loob ng anim na oras?

Hindi kasama: Ang hangin, ang pinakamalaking nagtutulak ng kilos ng tunay na sunog, ay karaniwang pinasisimple sa palagiang average.

Tumatakbo sa: mga 10¹³ FLOPS magaspang isang workstation o laptop; ilang minuto para sa kumakalat na harap ng apoy.Mula: 1972 Mga ekwasyon ni Rothermel ng pagkalat ng sunog, na hindi nagtagal ay ginawang kompyutasyonal para sa pagtataya.

Patakbuhin ang interactive na modelo

Mga landslide at debris flow

Isang dalisdis ng lupa, bato o putik na bumibigay at gumagalaw pababa ng burol, sinusubaybayan habang bumibilis, kumakalat at ibinabaon ang lupain sa ibaba.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalayo at gaano kabilis aabot ang dalisdis na ito kapag bumigay ito?

Hindi kasama: Mas mahirap pa ring hulaan ang sandaling aktuwal na bumibigay ang dalisdis kaysa sa nangyayari pagkatapos nito.

Tumatakbo sa: mga 10¹³ FLOPS magaspang isang workstation o maliit na cluster, ilang oras bawat senaryo ng dalisdis.Mula: 1980 mga maagang computer runout model para sa bumibigay na dalisdis.

Physics-based na panganib ng lindol

Pinapalitan ng mga simulation ng pagkabasag ng lindol at pagkalat ng alon ang mga empirikal na tuntunin ng attenuation para ibigay ang pagyanig sa bawat site.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalakas yayanig ang lupa rito para sa bawat posibleng pagkabiyak?

Hindi kasama: Kailangan ng kilalang velocity model, at mahirap resolbahin ang matataas na frequency.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁸ FLOPS magaspang Maraming senaryo ng pagkabiyak, bawat isa ay 3D na simulation ng alonMula: 2010 CyberShake: a physics-based seismic hazard model for Southern California (2010) pinagmulan

Geodynamo simulation

Ang convection ng likidong bakal sa ubod ng Daigdig na lumilikha at nagpapanatili ng magnetic field, kasama ang random na pagbabaligtad nito.

Tanong na sinasagot nito: Paano gumagawa ng magnetic field ang core ng Daigdig, at bakit ito bumabaligtad?

Hindi kasama: Malayo sa tunay ang mga halaga ng viscosity at conductivity, kaya mas makinis ang daloy kaysa sa loob ng Daigdig.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁸ FLOPS magaspang buwan sa isang supercomputer para sa dynamo na tumatakbo pa rin nang malayo sa mga kondisyong tulad ng Daigdig.Mula: 1995 Ang three-dimensional na self-consistent na simulation nina Glatzmaier at Roberts ng pagbabaligtad ng geomagnetic field. pinagmulan

Full-waveform na seismic inversion

Mga seismic wave na paulit-ulit na pinadadaan sa isang trial na modelo ng Daigdig, na inaayos hanggang magtugma ang sintetiko at naitalang alon, para ilarawan ang istruktura ng bato.

Tanong na sinasagot nito: Ano ang hitsura ng bato sa ilalim natin, ayon sa mga alon na tumawid dito?

Hindi kasama: Maaaring dumikit ang inversion sa maling solusyon maliban kung malapit ang panimulang modelo.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang libu-libong simulasyon ng alon sa loob ng optimisation loop.Mula: 1984 Ang inversion ni Tarantola ng datos ng seismic reflection sa acoustic approximation. pinagmulan

Pagpapalaganap ng seismic wave gamit ang spectral-element

Mga alon ng lindol na kumakalat sa isang three-dimensional na modelo ng crust o ng buong Daigdig na may mga high-order na elementong sumusunod sa topograpiya at mga patong.

Tanong na sinasagot nito: Paano naglalakbay ang mga alon sa tunay at hindi pantay na Daigdig?

Hindi kasama: Hindi tiyak ang mga modelo ng Daigdig sa maliliit na istruktura at attenuation, kaya mas hindi maaasahan ang maiikling panahon.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁷ FLOPS magaspang mga takbo sa buong Daigdig na nareresolba ang mga panahong ilang segundo.Mula: 1998 Spectral element method nina Komatitsch at Vilotte para sa seismic na tugon ng dalawa at tatlong-dimensiyonal na istruktura. pinagmulan

Simulation ng earthquake-cycle

Isang lamat na dahan-dahang kinakargahan ng galaw ng mga plate, na may friction na kumakapit at dumudulas, na-simulate sa maraming siklo ng tahimik na pag-iipon at biglaang pagkabasag.

Tanong na sinasagot nito: Paano umuulit ang mga lindol sa isang fault sa loob ng mga siglo?

Hindi kasama: Hinango sa laboratoryo ang batas ng friction at ekstrapolado sa mga lalim at bilis na hindi pa nasusukat.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang rate-and-state na siklo ng fault sa loob ng libu-libong taon.Mula: 1986 Ang paglalarawan nina Tse at Rice sa kawalang-katatagan ng lindol sa crust kaugnay ng pagkakaiba ng lalim ng mga katangian ng frictional slip. pinagmulan

Mga stochastic na modelo ng katalogo ng lindol

Mga sintetikong sunod-sunod na lindol na nililikha mula sa istatistikal na modelo kung saan bawat pagyanig ay nagpapataas ng tsansa ng mga aftershock, para hulaan ang pagkumpol at panganib.

Tanong na sinasagot nito: Gaano kalamang ang mga aftershock pagkatapos ng malaking lindol?

Hindi kasama: Nakukuha ng modelo ang istatistikal na pagkumpol pero walang pisika ng stress ng fault.

Tumatakbo sa: mga 10⁶ FLOPS magaspang mura ang mga stochastic catalogue, at tumatakbo sa isang workstation ang mahabang ensemble.Mula: 1988 Mga estadistikang modelo ni Ogata para sa paglitaw ng lindol at residual analysis para sa mga point process. pinagmulan

Modelo ng ibabaw ng lupa

Ang palitan ng tubig, init at carbon dioxide sa pagitan ng lupa, halaman at hangin, na isinusulat bilang bahagi ng ibabaw para sa mga modelo ng atmospera at klima.

Tanong na sinasagot nito: Paano kinokontrol ng mga halaman at lupa ang init at tubig na gumagalaw sa pagitan ng lupa at hangin?

Hindi kasama: Inilalarawan ang halaman sa ilang parameter bawat cell, at lubhang pinasimple ang galaw ng tubig sa lupa.

Tumatakbo sa: mga 10¹² FLOPS magaspang isang one-dimensional na haligi sa bawat grid cell sa loob ng mga climate model.Mula: 1986 Simple biosphere model nina Sellers, Mintz, Sud at Dalcher para gamitin sa loob ng mga general circulation model. pinagmulan

Mga coupled na modelo ng apoy at atmospera

Magkasabay na nilulutas ang harap ng apoy at ang hangin na nililikha nito, kaya hinihila ng init mula sa apoy ang hangin, binabago ang daloy at sa gayon ay binabago kung paano kumakalat ang apoy at naghahagis ng mga baga at usok.

Tanong na sinasagot nito: Paano binabago ng sunog ang hangin na nagpapalakas dito?

Hindi kasama: Kinakatawan ng simpleng batas ng bilis ang combustion at panggatong, kaya halos tinatantiya lang ang matinding kilos gaya ng crown fire at spotting.

Tumatakbo sa: mga 10¹⁴ FLOPS magaspang mga araw sa isang cluster para sa isang malaking sunog sa resolusyong sampu-sampung metro.Mula: 1996 Ang coupled na atmosphere-fire na modelo nina Clark, Jenkins at Coen sa dinamika ng linya ng apoy. pinagmulan