Dünya ve iklim

Dünya sistemi modelleri

Atmosfer, okyanus, deniz buzu, kara ve karbon döngüsü küresel bir ızgarada eşleşik olarak yüzyıllarca çalıştırılır.

Yanıtladığı soru: Belirli bir salım yolunda gezegen ne kadar ısınır?

Dışarıda bıraktığı: Bulutlar hâlâ parametrizasyonlarla temsil edilir; bu, modeller arasındaki anlaşmazlığın tek başına en büyük kaynağıdır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık bir ulusal süper bilgisayarın büyük bir payı, aylarca.Şu tarihten beri: 1969 Manabe ve Bryan'ın ilk bağlaşık okyanus-atmosfer iklim modeli.Simülasyonlar ağacında: Eşleşik okyanus-atmosfer

Paleoiklim

Aynı modeller buz çağları ve derin zaman boyunca, farklı kıtalar, yörüngeler ve atmosferlerle çalıştırılır.

Yanıtladığı soru: Buz çağlarını ne başlattı ve geçmiş, iklimin ne kadar duyarlı olduğu hakkında ne söylüyor?

Dışarıda bıraktığı: Eski kıyı çizgileri, buzullar ve bitki örtüsü seyrek kanıtlardan yeniden kurulur, sonra bilinen girdiler gibi ele alınır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık modern bir iklim çalışmasına benzer, aylarca bir süper bilgisayarın bir payı.Şu tarihten beri: 1977 Manabe ve Hahn'ın buz çağı iklimi için ilk GCM simülasyonu.

Buz tabakaları ve deniz seviyesi

Denize akan, eriyen ve kopan buzullar ve buz tabakaları.

Yanıtladığı soru: Buz tabakaları bu yüzyılda deniz seviyesine ne kadar hızlı katkı yapabilir?

Dışarıda bıraktığı: Buzun aniden nasıl kırılıp kaydığının fiziği hâlâ yetersiz yakalanır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁵ FLOPS yaklaşık bir üniversite kümesi, simüle yüzyıl başına günlerden haftalara.Şu tarihten beri: 1976 Mahaffy'nin bir buz tabakasının erken sonlu farklar bilgisayar modeli.

Bütünleşik değerlendirme modelleri

Enerji, ekonomi, arazi kullanımı ve iklimin tek bir modelde bağlandığı, politika yollarını karşılaştırmak için kullanılan model.

Yanıtladığı soru: Hangi enerji ve arazi kullanımı karışımı ısınmayı belli bir sınırın altında tutar ve ne maliyetle?

Dışarıda bıraktığı: Bütün ekonomiyi ve iklimi bir avuç denkleme indirger, bu yüzden yanıt seçilen iskonto oranına ağır biçimde bağlıdır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayar; tam bir çalıştırma saniyelerden dakikalara sürer.Şu tarihten beri: 1992 Nordhaus'un DICE modeli, yaygın kullanılan ilk iklim-ekonomi modeli.

Bölgesel iklim alt ölçekleme

Bir küresel iklim modelinin kaba çıktısı, bir ülke ya da dağ silsilesi üzerinde daha ince bir bölgesel modeli sürmek için kullanılır.

Yanıtladığı soru: Küresel ısınma bu vadideki hava için gerçekte ne anlama gelir?

Dışarıda bıraktığı: İçine yerleştirildiği küresel modelin önyargılarını, yalnızca daha yüksek çözünürlükte, devralır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık bir ulusal küme, tek bir bölgesel projeksiyon için haftalar.Şu tarihten beri: 1989 sınırlı bir alan üzerinde çalıştırılan erken iç içe bölgesel iklim modelleri.

Güneş jeomühendisliği

Üst atmosfere yansıtıcı parçacıklar püskürtmek gibi kasıtlı bir müdahale eklenerek çalıştırılan iklim modelleri; neyi değiştireceğini görmek için.

Yanıtladığı soru: Gelen güneş ışığını kasıtlı olarak azaltmak ısınmayı dengeleyebilir mi ve yan etkileri ne olurdu?

Dışarıda bıraktığı: Bu türden hiçbir müdahale ölçekli olarak yapılmamıştır; bu yüzden her sonuç, böyle bir uygulamada hiç gözlenmemiş aerosollerin modelde ne kadar iyi temsil edildiğine bağlıdır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık bir ulusal süper bilgisayarın büyük bir payı, aylarca.Şu tarihten beri: 1992 varsayımsal volkanik tarzı bir müdahaleyi sınayan erken iklim modeli deneyleri.

İnsan-Dünya sistemi (World-Earth) modelleri

İnsan davranışının basit dinamik temsillerine eşleştirilmiş iklim modelleri; böylece salımlar, politika ve toplumsal değişim gezegenin durumuna tepki verir.

Yanıtladığı soru: Toplumsal devrilme noktaları ve iklim geri beslemeleri yüzyıllar boyunca nasıl etkileşir?

Dışarıda bıraktığı: Davranış kuralları birer hipotezdir ve uzamsal iklim ayrıntısı kabadır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık Büyük topluluklar hâlinde çalıştırılan indirgenmiş karmaşıklıklı modellerŞu tarihten beri: 2018 Earth system modelling with complex dynamic human societies: the copan:CORE framework (2018) kaynak

Küresel bulut çözümlemeli modeller

Izgarası, derin konveksiyonu bütün dünyada açıkça temsil edecek kadar ince, birkaç kilometre olan atmosfer modelleri.

Yanıtladığı soru: Tropikal bulut sistemleri parametreler yerine doğrudan simüle edilebilir mi?

Dışarıda bıraktığı: Çalışmalar kısadır ve türbülans ile bulut mikrofiziği hâlâ yaklaşık hesaplanır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁸ FLOPS yaklaşık En büyük makinelerde simüle edilmiş haftalarŞu tarihten beri: 2007 A Madden-Julian oscillation event realistically simulated by a global cloud-resolving model (2007) kaynakSimülasyonlar ağacında: Küresel bulut çözümlemeli model

Süperparametrizasyon

Olağan konveksiyon şemasının yerini almak için, kaba bir küresel modelin her sütununun içine küçük bir bulut çözümlemeli model gömülür.

Yanıtladığı soru: Açık bulut fiziği, tam bir ince küresel ızgara olmadan bir iklim modelini iyileştirebilir mi?

Dışarıda bıraktığı: Gömülü modeller küçüktür ve komşu sütunlarla konuşmaz.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık Gömülü 2B bulut modelleri maliyeti kat kat artırırŞu tarihten beri: 2001 Coupling cloud processes with the large-scale dynamics using the cloud-resolving convection parameterization (2001) kaynak

Aşırı olay atfı

İnsan etkisiyle ve etkisiz iklim çalışmalarından oluşan büyük topluluklar, her dünyada belirli bir sıcak hava dalgasının, selin ya da fırtınanın olasılığını verir.

Yanıtladığı soru: İnsan salımları bu belirli olayın olasılığını ne kadar değiştirdi?

Dışarıda bıraktığı: Sonuçlar, modelin o ölçekte olay türünü ne kadar iyi yeniden ürettiğine bağlıdır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık Yüzlerce ila binlerce topluluk üyesiŞu tarihten beri: 2004 Human contribution to the European heatwave of 2003 (2004) kaynak

Gönüllü hesaplamalı pertürbe fizikli topluluklar

Her biri biraz farklı fiziksel parametrelerle, bağışlanmış ev bilgisayarlarında çalıştırılan binlerce iklim modeli kopyası.

Yanıtladığı soru: Belirsiz model fiziğiyle uyumlu ısınma aralığı ne kadar geniştir?

Dışarıda bıraktığı: Model yapısı sabittir; yalnızca parametreler değiştirilir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık On binlerce model çalıştırmasıŞu tarihten beri: 2005 Uncertainty in predictions of the climate response to rising levels of greenhouse gases (2005) kaynak

Başlangıç koşullu büyük topluluklar

Zorlanmış değişimi iç değişkenlikten ayırmak için tek bir iklim modeli biraz farklı başlangıçlardan düzinelerce kez çalıştırılır.

Yanıtladığı soru: Bölgesel bir eğilimin ne kadarı iklimin kendi gürültüsüdür?

Dışarıda bıraktığı: Tek bir model içindeki değişkenliği yakalar, modeller arasındaki farkları değil.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁸ FLOPS yaklaşık Onlarca yüzyıllık eşleşik çalıştırmaŞu tarihten beri: 2015 The CESM Large Ensemble Project (2015) kaynak

Öğrenilmiş iklim emülatörleri

İklim modeli çıktısıyla eğitilmiş bir sinir ağı, atmosferi onlarca ya da yüzlerce yıl, maliyetin çok küçük bir kesriyle ileri adımlar.

Yanıtladığı soru: Eğitilmiş bir vekil, onlarca yıllık iklim istatistiklerini hızla yeniden üretebilir mi?

Dışarıda bıraktığı: Eğitim modelinin önyargılarını devralır ve gördüğü iklimlerin dışında başarısız olabilir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁵ FLOPS yaklaşık Model arşivleri üzerinde eğitim, ardından ucuz uzun çalıştırmalarŞu tarihten beri: 2023 A fast, skillful learned global atmospheric model for climate prediction (2023) kaynak

Dünya sistemi dijital ikizleri

Gözlemlerle beslenen ve kullanıcılar için ya-olursa sorularını yanıtlamak üzere kurulan, sürekli güncellenen, yüksek çözünürlüklü gezegen modelleri.

Yanıtladığı soru: Belli bir karar ya da olay gerçekleşseydi bir bölgeye ne olurdu?

Dışarıda bıraktığı: İkiz, modelleri ve verisi kadar sadıktır ve etkileşimli senaryolar sınırlıdır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁹ FLOPS yaklaşık Kilometre ölçekli küresel modeller artı veri özümlemeŞu tarihten beri: 2021 The digital revolution of Earth-system science (2021) kaynak

Işınımsal-konvektif iklim modeli

Işınım ve konveksiyon arasında dengede tek bir atmosfer sütunu; karbondioksit ya da nem değiştiğinde bir gezegenin ne kadar ısındığını bulmak için kullanılır.

Yanıtladığı soru: Sera gazı iki katına çıktığında bir hava sütunu ne kadar ısınır?

Dışarıda bıraktığı: Rüzgâr, bulut ya da okyanus taşınımı yoktur, bu yüzden bir tahmin değil, bir referans ısınma verir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10⁴ FLOPS yaklaşık tek boyutlu bir sütun, bir dizüstü bilgisayarda hızlı.Şu tarihten beri: 1967 Manabe ve Wetherald'ın verilen bir bağıl nem dağılımıyla atmosferin ısıl dengesi. kaynak

Enerji dengesi iklim modeli

Isıyı soğuran, yayan ve taşınımla aktaran enlem kuşaklarına indirgenmiş Dünya; buz-albedo geri beslemesini ve iklim durumları arasında devrilmeyi göstermeye yeter.

Yanıtladığı soru: Buz örtüsünün kontrolden çıkması bütün gezegeni dondurabilir mi?

Dışarıda bıraktığı: Resim dinamikleri ve havayı yok sayar; bu yüzden bilgilendirir ama tahmin etmez.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10³ FLOPS yaklaşık bir avuç denklem; herhangi bir bilgisayarda saniyeler.Şu tarihten beri: 1969 Sellers'ın Dünya-atmosfer sisteminin enerji dengesine dayanan küresel iklim modeli. kaynak

Dinamik küresel bitki örtüsü ve karbon döngüsü modelleme

Bitkiler, topraklar ve karbon alışverişleri dünya çapında simüle edilir; bitki örtüsü türleri rekabet eder ve iklim değiştikçe yer değiştirir.

Yanıtladığı soru: İklim ısındıkça kara ne kadar karbon soğuracak ya da salacak?

Dışarıda bıraktığı: Bitki türleri birkaç işlevsel sınıfta toplanır ve besin ile bozulma geri beslemesi kabadır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık çok yüzyıllık küresel çalışmalar, çoğu zaman kaba bir ızgarada.Şu tarihten beri: 1996 Foley ve çalışma arkadaşlarının kara yüzeyi süreçleri, karasal karbon dengesi ve bitki örtüsü dinamiklerinin bütünleşik biyosfer modeli. kaynak

Eşleşik karbon döngüsü ve iklim simülasyonu

İçinde kara ve okyanus karbon döngüsü bulunan bir iklim modeli; böylece ısınma, Dünya'nın ne kadar karbon tuttuğunu değiştirebilir ve kendi üzerine geri besleme yapabilir.

Yanıtladığı soru: Isınma kara ve okyanusu karbon soğurucularından kaynaklara çevirecek mi?

Dışarıda bıraktığı: Kara karbon yanıtı, toprak ve bitki örtüsü varsayımları yüzünden modeller arasında çok değişir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık bir süper bilgisayarda çok yüzyıllık bağlaşık iklim çalışmaları.Şu tarihten beri: 2000 Cox, Betts, Jones, Spall ve Totterdell'in eşleşik bir iklim modelinde karbon döngüsü geri beslemeleri nedeniyle küresel ısınmanın hızlanması. kaynak

Okyanus ekosistemi ve biyojeokimya modellemesi

Besinler, plankton ve döküntü okyanus boyunca taşınır ve çevrilir; verimliliği ve derine taşınan karbonu öngörmek için.

Yanıtladığı soru: Okyanus yaşamı derin denize ne kadar karbon taşır?

Dışarıda bıraktığı: Plankton grupları, uydurulmuş hızlarla birkaç kümelenmiş bölmedir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁵ FLOPS yaklaşık bir okyanus genel dolaşım modelinin içindeki biyojeokimyasal modül.Şu tarihten beri: 1990 Fasham, Ducklow ve McKelvie'nin okyanus karışık tabakasındaki plankton dinamiğinin azot tabanlı modeli. kaynak

Öğrenilmiş alt ızgara parametrelendirmesi

Bulut çözümlemeli bir modelle eğitilmiş bir sinir ağı, kaba bir küresel iklim modeli için fazla küçük kalan fırtınalara ve bulutlara ilişkin elle yazılmış kuralların yerini alır.

Yanıtladığı soru: Kaba bir iklim modeli, küçük ölçekli bulutları daha ince bir modelden öğrenerek doğru yapabilir mi?

Dışarıda bıraktığı: İklim eğitildiği koşulların dışına çıktığında ağ kararsız ya da fiziğe aykırı durumlara kayabilir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık küçük bir ince simülasyon kümesi üzerinde eğitim, ardından iklim modelinin içinde ucuz kullanım.Şu tarihten beri: 2018 Rasp, Pritchard ve Gentine'in bir iklim modelinde alt ızgara süreçlerinin derin öğrenmeyle temsili. kaynak

Sayısal hava tahmini

Bugünün gözlenmiş atmosferi saatler ile günler ileri sarılır; genellikle biraz farklı başlangıç noktalarından oluşan bir topluluk olarak.

Yanıtladığı soru: Perşembe günü burada yağmur yağacak mı ve ne kadar eminiz?

Dışarıda bıraktığı: Izgara ne kadar ince olursa olsun, tahmin başarımı yaklaşık on günden sonra çöker.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık bir ulusal hava merkezinin süper bilgisayarı, saatlerce yüzde birkaçı.Şu tarihten beri: 1950 Charney, Fjørtoft ve von Neumann'ın ilk sayısal tahmini.Simülasyonlar ağacında: İlk bilgisayar tahmini

Makine öğrenmeli hava durumu

Onlarca yıllık geçmiş hava durumuyla eğitilen, saatler yerine saniyeler içinde tahmin üreten sinir ağları.

Yanıtladığı soru: Öğrenilmiş bir emülatör, eğitildiği fizik kadar iyi tahmin edebilir mi?

Dışarıda bıraktığı: Geçmiş havadaki örüntüleri öğrenir, bu yüzden daha önce görmediği türden aşırı olaylarda zorlanır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık tek bir üst düzey GPU; tahminler saatler yerine saniyeler içinde.Şu tarihten beri: 2022 fiziğe dayalı tahmin başarımına ulaşan ilk öğrenilmiş hava modelleri.

Tropikal siklonlar

Yüksek çözünürlükte kasırgalar ve tayfunlar: izleri, şiddetleri ve yağışları.

Yanıtladığı soru: Fırtına karaya nereden çıkacak ve ne kadar güçlü olacak?

Dışarıda bıraktığı: Göz ve göz duvarı, çoğu modelin düzgün çözebileceğinden hâlâ küçüktür.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık bir ulusal tahmin merkezinin kümesi, her etkin fırtına için çalıştırılır.Şu tarihten beri: 1969 Ooyama'nın bir kasırganın gelişiminin erken sayısal modeli.

Hava kalitesi ve dağılım

Rüzgârla taşınan, karışan ve kimyasal olarak dönüşen kirleticiler, duman ve volkanik kül.

Yanıtladığı soru: Duman bulutu nereye gidiyor ve havası solunabilir ya da içinden uçulabilir mi?

Dışarıda bıraktığı: Bütün tahminin dayandığı girdi olan salım envanterleri çoğu zaman güncel değildir ya da kestirmedir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık bir iş istasyonu ya da küçük küme, kirlilik olayı başına saatler.Şu tarihten beri: 1970 baca kirliliği için erken bilgisayarlı Gauss duman bulutu modelleri.

Mevsimsel tahmin

Bugünün okyanusundan ve atmosferinden başlatılan, iklim uzunluğundaki model çalıştırmalarından oluşan bir topluluk; tek bir günü değil, bütün bir mevsimin olasılıklarını hedefler.

Yanıtladığı soru: Bu kış ortalamadan daha sıcak mı, daha yağışlı mı olacak?

Dışarıda bıraktığı: Herhangi bir günün havasının nasıl olacağını söyleyemez, yalnızca olasılıkların nasıl kaydığını gösterir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık bir ulusal tahmin merkezinin süper bilgisayarı, her sezon çok sayıda çalıştırmadan oluşan bir toplulukŞu tarihten beri: 1986 okyanusla eşleşik modellerle erken dinamik mevsimlik tahminler.

Şiddetli konvektif fırtınalar

Tek bir gök gürültülü fırtına ya da süperhücre, yükselen ve alçalan hava akımı ölçeğine kadar çözümlenir; bir hortum oluşturup oluşturmadığını ya da iri dolu yağdırıp yağdırmadığını görmek için.

Yanıtladığı soru: Bu fırtına bir kasırga üretecek mi ve nerede?

Dışarıda bıraktığı: Bir hortumu görecek kadar ince bir ızgara gerektirir; bir fırtınanın oluşabileceği her yerde çalıştırmak için bu çok pahalıdır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık bir ulusal küme, çok yüksek çözünürlükte tek bir fırtına için saatler.Şu tarihten beri: 1975 tek bir gök gürültülü fırtınanın erken üç boyutlu bilgisayar modelleri.

Üretken topluluk hava tahmini

Bir difüzyon modeli, önümüzdeki iki hafta için birçok olası hava durumu geleceğinden örnek alır ve küresel ölçekte her değişken için olasılıklar verir.

Yanıtladığı soru: Öğrenilmiş bir model, kalibre edilmiş tahmin belirsizliğini ucuza sağlayabilir mi?

Dışarıda bıraktığı: Yeniden analiz verilerine bağlıdır ve nadir aşırı olaylar için fiziksel bir güvence sunmaz.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık On yıllık yeniden çözümlemeler üzerinde eğitim, topluluk üyesi başına dakikalarŞu tarihten beri: 2023 GenCast: diffusion-based ensemble forecasting for medium-range weather (2023) kaynak

Topluluk hava tahmini

Biraz farklı başlangıç durumlarından birçok kez çalıştırılan bir tahmin; yayılım, havanın ne kadar belirsiz olduğunu ve her sonucun ne kadar olası olduğunu gösterir.

Yanıtladığı soru: Bir hava tahmininden ne kadar emin olunabilir ve onun yerine ne olabilir?

Dışarıda bıraktığı: Başlangıç durumu bozulmaları model hatasını yalnızca kısmen yakalar; bu yüzden yayılım çoğu zaman fazla dardır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık her biri büyük bir çalıştırma olan, her gün düzinelerce küresel tahmin.Şu tarihten beri: 1974 Leith'in Monte Carlo tahminlerinin kuramsal başarımı. kaynak

Atmosferik yeniden analiz

Sabit, modern bir tahmin modeli, geçmiş gözlemlerin onlarca yılı üzerinde çalıştırılır ve gözlemleri atmosferin tutarlı, boşluksuz bir kaydında harmanlar.

Yanıtladığı soru: Geçmişte her yerde ve her zaman rüzgârlar, sıcaklıklar ve basınçlar neydi?

Dışarıda bıraktığı: Gözlem sisteminde zaman içindeki değişiklikler kayıtta yapay eğilimler bırakır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık bir süper bilgisayarda onlarca yıllık asimilasyon döngüsü.Şu tarihten beri: 1996 Kalnay ve çalışma arkadaşlarının NCEP/NCAR 40 yıllık yeniden analiz projesi. kaynak

Atmosferik sınır tabaka büyük girdap simülasyonu

Atmosferin en alt kilometresi; türbülanslı girdaplar ısıyı, nemi ve kirleticileri karıştırır; büyük girdaplar çözülür, küçükler modellenir.

Yanıtladığı soru: Türbülanslı girdaplar ısıyı ve nemi yerden yukarı nasıl taşır?

Dışarıda bıraktığı: Yüzey alışverişi ve alt-ızgara karışımı parametrelendirilir; bu da yere yakın doğruluğu sınırlar.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık on metre çözünürlükle birkaç kilometrelik bir alan.Şu tarihten beri: 1972 Deardorff'un nötr ve kararsız gezegensel sınır tabakalarının sayısal incelemesi. kaynak

Küresel fırtına çözümlemeli simülasyon

Gök gürültülü fırtına kümeleri ve tropikal fırtınalar bir konveksiyon parametrizasyonu olmadan ortaya çıksın diye, birkaç kilometre çözünürlükte bütün gezegen atmosfer modeli.

Yanıtladığı soru: Fırtınalar yaklaşık ele alınmak yerine çözüldüğünde atmosfer ne yapar?

Dışarıda bıraktığı: Birkaç kilometrenin altındaki bulut mikrofiziği ve türbülans hâlâ parametrize edilir ve çalıştırmalar iklimi incelemek için çok kısadır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁹ FLOPS yaklaşık birkaç simüle edilmiş ay için en büyük makinelerde haftalar.Şu tarihten beri: 2008 Satoh ve çalışma arkadaşlarının küresel bulut çözümlemeli simülasyonlar için hidrostatik olmayan ikosahedral atmosfer modeli. kaynak

Mineral tozu salımı ve taşınımı

Rüzgârın çöl tozunu kaldırıp denizler boyunca taşıması ve çökeltmesi; ışınım, okyanus besinleri ve hava kalitesi üzerindeki etkisini bulmak için.

Yanıtladığı soru: Havaya ne kadar çöl tozu girer ve nereye gider?

Dışarıda bıraktığı: Salım eşikleri, kötü haritalanmış toprak ve yüzey özelliklerine bağlıdır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık yıllar boyunca bir atmosfer modelinin içindeki toz modülü.Şu tarihten beri: 1994 Tegen ve Fung'un atmosferdeki mineral toz modeli: kaynaklar, taşınım ve optik kalınlık. kaynak

Kentsel yüzey enerji dengesi modellemesi

Sokaklar, çatılar ve duvarlar, kentsel ısı adalarını ve binaların soğutma ihtiyacını tahmin etmek için havayla ısı, nem ve momentum alışverişi yapan bir kanyon olarak ele alınır.

Yanıtladığı soru: Bir şehir çevresindeki kırdan neden daha sıcaktır?

Dışarıda bıraktığı: Kentler idealleştirilmiş kanyonlara indirgenmiştir, bu yüzden bina ayrıntısı ve trafik ısısı yaklaşık olarak ele alınır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık bir metropol alanı üzerindeki atmosfer modelinin içinde bir kanyon şeması.Şu tarihten beri: 2000 Masson'ın atmosfer modellerinde kentsel enerji bütçesi için fiziğe dayalı şeması. kaynak

Termosfer ve iyonosfer modellemesi

Güneş ışığı ve parçacıklarla ısınan, uydu sürüklenmesini ve radyo sinyallerini değiştiren rüzgârlar ve elektrik akımlarıyla 100 ila 600 kilometredeki üst atmosfer.

Yanıtladığı soru: Güneş etkinliği üst atmosferi ve radyo yayılımını nasıl değiştirir?

Dışarıda bıraktığı: Alt sınır ve yukarıdan gelen enerji seyrek verilerden dayatılır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹³ FLOPS yaklaşık günlerce uzay havası boyunca eşleşik üst atmosfer simülasyonu.Şu tarihten beri: 1988 Roble, Ridley, Richmond ve Dickinson'ın bağlaşık termosfer/iyonosfer genel dolaşım modeli. kaynak

Okyanus dolaşımı

Dünya okyanuslarında hareket eden akıntılar, girdaplar, ısı ve tuz.

Yanıtladığı soru: Atlantik'in büyük devrilme akıntıları yavaşlayabilir mi?

Dışarıda bıraktığı: Isıyı ve karbonu karıştıran girdapların çoğu ızgaradan küçüktür; bu yüzden etkileri parametrelendirilmelidir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık büyük bir küme, onlarca yıllık bir çalıştırma için haftalar.Şu tarihten beri: 1969 Bryan'ın küresel okyanus dolaşımının ilk bilgisayar modeli.

Tsunamiler ve fırtına kabarması

Depremlerin ya da fırtınaların oluşturduğu, okyanusu geçip kıyıya tırmanan dalgalar.

Yanıtladığı soru: Su ne kadar yükselecek ve hangi sokaklar önce su altında kalacak?

Dışarıda bıraktığı: Kıyı savunmaları ve drenaj çoğunlukla dalga tırmanmasının kendisinin çözünürlüğünün çok altında basitleştirilir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹³ FLOPS yaklaşık bir iş istasyonu; bir kıyı uyarı çalıştırması için dakikalar.Şu tarihten beri: 1969 Aida'nın bir tsunamiyi modelleyen ilk sayısal deneyleri.

Nehirler ve seller

Bir havzaya düşen, içine sızan ya da derelere, nehirlere ve taşkın ovalarına akan yağmur.

Yanıtladığı soru: Bu fırtına ne büyüklükte bir sel yaratır ve nerede?

Dışarıda bıraktığı: Toprak ve arazi kullanımı havzanın tamamı üzerinden ortalanır; bu da gerçekten su basan tek tarlayı ya da derecik yatağını gizler.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayar; bir havza çalıştırması dakikalar sürer.Şu tarihten beri: 1966 Crawford ve Linsley'in Stanford Havzası yağış-akış modeli.

Yeraltı suyu

Akiferlerde toprak ve kayanın içinden yavaşça hareket eden su.

Yanıtladığı soru: Kuyular kurumadan önce bu akiferi ne kadar süre pompalayabiliriz?

Dışarıda bıraktığı: Yer altı kaya ve toprak özellikleri, yüzlerce metre arayla açılmış sondajlardan haritalanır; bu yüzden akiferin çoğu çıkarımla bilinir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık bir dizüstü bilgisayar ya da iş istasyonu; akifer başına dakikalardan saatlere.Şu tarihten beri: 1968 Pinder ve Bredehoeft'in erken sonlu farklar akifer modeli.

Deniz buzu

Okyanus yüzeyinde yüzen buz; rüzgâr, dalgalar ve sıcaklık altında çatlar, yığılır, sürüklenir ve erir.

Yanıtladığı soru: Yaz sonunda Kuzey Buz Denizi'nin ne kadarı hâlâ buzla kaplı olacak?

Dışarıda bıraktığı: Çatlamış, sırtlı buz parçalarından oluşan heterojen bir alanı pürüzsüz, sürekli bir tabaka olarak ele alır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁵ FLOPS yaklaşık bir üniversite ya da ulusal küme, bir okyanus çalıştırmasıyla eşleşik haftalar.Şu tarihten beri: 1969 sürüklenen Arktik deniz buzunun erken bilgisayar modelleri.

Okyanus dalgası tahmini

Açık su üzerinde esen rüzgâr, ölü dalgayı ve kısa dalgayı doğurup yönlendirir; gemiler ve kıyılar için dalga yüksekliğini ve yönünü tahmin etmek için izlenir.

Yanıtladığı soru: Yarın burada deniz ne kadar dalgalı olacak?

Dışarıda bıraktığı: En dik, kırılan tepelerde kötü performans gösterir; oysa deniz güvenliği için en önemli olanlar bunlardır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁵ FLOPS yaklaşık bir ulusal tahmin merkezinin kümesi, günde birkaç kez çalıştırılır.Şu tarihten beri: 1956 savaş zamanı kabarma öngörü yöntemlerini izleyen erken sayısal dalga tahmini.

Sel taşkını modelleme

Bir nehirden ya da fırtınadan gelen suyun arazi ızgarasında taşkın ovasına yayılması; sigorta ve planlama için derinliği ve kapsamı haritalamak için.

Yanıtladığı soru: Bir selde hangi sokaklar ve tarlalar suyun altında kalır?

Dışarıda bıraktığı: Hata, sayısal yöntemlerden çok arazi doğruluğu ve giriş hidrografından kaynaklanır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık bir nehir havzasının iki boyutlu sığ su ya da raster modelleri.Şu tarihten beri: 2000 Bates ve De Roo'nun sel taşkını simülasyonu için basit, ızgara tabanlı modeli. kaynak

Kıyı ve haliç dolaşımı modelleme

Gelgitler, nehirler ve rüzgârlar; suyu, tuzu ve tortuyu körfezlerde ve haliçlerde araziyi izleyen bir ızgara üzerinde taşır.

Yanıtladığı soru: Gelgitler ve nehirler bir kıyı boyunca suyu nasıl karıştırır?

Dışarıda bıraktığı: Küçük ölçekli karışım ve batimetri hataları kıyı yakınındaki doğruluğu sınırlar.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık yıl boyu çalıştırmalı üç boyutlu bölgesel model.Şu tarihten beri: 1987 Blumberg ve Mellor'ın üç boyutlu bir kıyı okyanus dolaşım modelini tanımlaması. kaynak

Deniz çöpü ve Lagrange sürüklenme modellemesi

Yüzen plastiğin, petrolün ya da larvaların nereye gittiğini bulmak için, simüle edilmiş ya da gözlenmiş okyanus akıntılarıyla taşınan sanal parçacıklar.

Yanıtladığı soru: Bir kıyıdaki yüzen plastikler nereye varır?

Dışarıda bıraktığı: Rüzgâr etkisi, dalga sürüklenmesi ve parçacıkların batması ya da parçalanması yetersiz bilinir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık bir yıllık okyanus akışı boyunca taşınan milyonlarca parçacık.Şu tarihten beri: 2012 van Sebille, England ve Froyland'ın gözlenen yüzey sürüklenicilerinden okyanus çöp yamalarının kökeni, dinamiği ve evrimi çalışması. kaynak

Petrol ve gaz rezervuarı simülasyonu

Bir kaya rezervuarının gözeneklerinden kuyulara doğru akan petrol, gaz ve su; sondaj planlamak ve ne kadarının geri kazanılabileceğini öngörmek için.

Yanıtladığı soru: Bir saha ne kadar petrol verecek ve kuyular nereye açılmalı?

Dışarıda bıraktığı: Kuyular arasındaki kaya özellikleri seyrek verilerden çıkarılır, bu yüzden belirsizlik genellikle sayısal hatadan büyüktür.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹³ FLOPS yaklaşık milyonlarca hücrelik bir jeolojik modelde çok fazlı akış.Şu tarihten beri: 1955 Peaceman ve Rachford'un parabolik ve eliptik diferansiyel denklemlerin sayısal çözümü, erken rezervuar simülatörlerinin temeli. kaynak

Buzul izostatik uyum ve deniz seviyesi parmak izleri

Buz tabakaları eridikçe Dünya kabuğunun toparlanması ve okyanusların yeniden dağılması; bölgesel deniz seviyesi değişimini ve çekim alanını tahmin etmek için.

Yanıtladığı soru: Buz eridikçe deniz seviyesi bazı yerlerde neden düşer, bazılarında yükselir?

Dışarıda bıraktığı: Levhaların altındaki manto viskozitesi iyi bilinmez ve bölgeden bölgeye değişir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık bir küre üzerinde çözülen viskoelastik Dünya modelleri.Şu tarihten beri: 1976 Farrell ve Clark'ın buzul sonrası deniz seviyesi hesabı. kaynak

Jeolojik karbondioksit depolama simülasyonu

Tuzlu bir kaya oluşumuna enjekte edilen karbondioksitin yayılması, yükselmesi ve çözünmesi; örtü kayanın, kılcallığın ve mineral tepkimelerinin tuzaklaması yüzyıllar boyunca izlenir.

Yanıtladığı soru: Gaz yer altında kalacak mı ve nereye gider?

Dışarıda bıraktığı: Sondajın altındaki kaya yalnızca birkaç kuyu ve incelemeden bilinir; bu yüzden geçirgenlik ve faylar geniş bir belirsizlikle tahmin edilir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁵ FLOPS yaklaşık binlerce yıllık havza ölçeğinde bir model için bir kümede haftalar.Şu tarihten beri: 2002 Lawrence Berkeley'in CO2'nin jeolojik depolanması için sayısal kodları karşılaştırması. kaynak

Yeraltında tepkimeli taşınım

Kayanın ya da toprağın içinden kimyasalları taşıyan su; mineraller çözünür, çöker ve iyon alışverişi yapar, akışla birlikte çözülür.

Yanıtladığı soru: Bir akiferin ya da depolama alanının kimyası ve tesisatı zamanla birbirini nasıl değiştirir?

Dışarıda bıraktığı: Laboratuvarda ölçülen tepkime hızları, yerdeki tepkimeye girebilen yüzey alanı bilinmeyen kayaya uygulanır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık üç boyutlu bir saha için bir kümede günler.Şu tarihten beri: 1985 Lichtner'in hidrotermal sistemlerde bağlaşık kimyasal tepkimeler ve kütle taşınımı için süreklilik modeli. kaynak

Manto konveksiyonu ve levha tektoniği

Gezegenin içinde yüz milyonlarca yıl boyunca yavaşça akan, üstündeki levhaları taşıyan sıcak kaya.

Yanıtladığı soru: Komşularında olmadığı hâlde Dünya'da levha tektoniği neden var?

Dışarıda bıraktığı: Milyonlarca simüle edilmiş yılı aynı anda çalıştırır, bu yüzden tek bir depremi de gösteremez.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁵ FLOPS yaklaşık bir üniversite kümesi, tek bir uzun çalıştırma için haftalar.Şu tarihten beri: 1974 McKenzie, Roberts ve Weiss'ın ilk sayısal manto konveksiyonu modeli.

Depremler ve sismik dalgalar

Kırılan faylar ve kabuk boyunca yayılıp yeri sarsan dalgalar.

Yanıtladığı soru: O fay kırılırsa bu şehir ne kadar şiddetli sallanır?

Dışarıda bıraktığı: Kırılmanın başlangıç noktası ve fayın kesin pürüzlülüğü önceden bilinmez, hâlâ varsayılır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁶ FLOPS yaklaşık bir ulusal ya da üniversite kümesi, büyük bir fay kırılması için günler.Şu tarihten beri: 1968 Alterman ve Karal'ın sismik dalgaların erken sonlu farklar modeli.

Volkanik patlamalar ve lav akıntıları

Yükselen, püsküren ve lav, kül ya da hızlı hareket eden sıcak bulutlar olarak yokuş aşağı akan magma.

Yanıtladığı soru: Yanardağ patlarsa hangi köyler yolun üstünde kalır?

Dışarıda bıraktığı: Bir patlamanın ne zaman başladığını öngöremez, yalnızca başladıktan sonra ne olduğunu gösterir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹³ FLOPS yaklaşık bir iş istasyonu ya da küçük küme, senaryo başına saatler.Şu tarihten beri: 1980 bir bacadan yokuş aşağı akan lavın erken bilgisayar modelleri.

Peyzaj evrimi

Binlerce ila milyonlarca yıl boyunca vadi açan nehirler, yavaşça kayan yamaçlar ve aşınan kıyılar.

Yanıtladığı soru: Bu manzara şeklini nasıl aldı?

Dışarıda bıraktığı: Milyonlarca yılı bir çalıştırmaya sıkıştırır; bu yüzden herhangi bir fırtına ya da kaya düşmesi yumuşatılıp silinir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹³ FLOPS yaklaşık bir iş istasyonu; milyon yıllık bir peyzaj için günler.Şu tarihten beri: 1991 Willgoose ve arkadaşlarının ilk hesaplamalı peyzaj evrimi modeli.

Orman yangını yayılımı

Yakıt, arazi ve rüzgâr boyunca hücre hücre hareket eden yangın.

Yanıtladığı soru: Yangın cephesi altı saat sonra nerede olacak?

Dışarıda bıraktığı: Gerçek bir yangının davranışındaki en büyük etken olan rüzgâr, genellikle sabit bir ortalamaya indirgenir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹³ FLOPS yaklaşık bir iş istasyonu ya da dizüstü bilgisayar; yayılan bir yangın cephesi için dakikalar.Şu tarihten beri: 1972 Rothermel'in yangın yayılma denklemleri, kısa sürede tahmin için bilgisayarlaştırıldı.

Etkileşimli modeli çalıştır

Heyelanlar ve döküntü akışları

Toprak, kaya ya da çamurdan bir yamaç göçer ve yokuş aşağı hareket eder; hızlanırken, yayılırken ve aşağıdaki araziyi gömerken izlenir.

Yanıtladığı soru: Bu yamaç çöktükten sonra ne kadar uzağa ve ne kadar hızlı gider?

Dışarıda bıraktığı: Bir yamacın gerçekte çöktüğü an, çöktükten sonra olanlardan hâlâ daha zor öngörülür.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹³ FLOPS yaklaşık bir iş istasyonu ya da küçük küme, yamaç senaryosu başına saatler.Şu tarihten beri: 1980 çöken bir yamaç için erken bilgisayar yayılma modelleri.

Fiziğe dayalı sismik tehlike

Deprem kırılması ve dalga yayılımı simülasyonları, her bölgedeki sarsıntıyı vermek için ampirik sönümleme kurallarının yerini alır.

Yanıtladığı soru: Her olası kırılma için burada zemin ne kadar şiddetli sallanır?

Dışarıda bıraktığı: Bilinen bir hız modeli gerektirir ve yüksek frekansları çözmek zordur.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁸ FLOPS yaklaşık Çok sayıda kırılma senaryosu, her biri 3B dalga simülasyonuŞu tarihten beri: 2010 CyberShake: a physics-based seismic hazard model for Southern California (2010) kaynak

Jeodinamo simülasyonu

Dünya'nın çekirdeğindeki sıvı demirin konveksiyonu, rastgele terslenmeleri dahil manyetik alanı üretir ve sürdürür.

Yanıtladığı soru: Dünya'nın çekirdeği manyetik alanını nasıl üretir ve alan neden tersine döner?

Dışarıda bıraktığı: Viskozite ve iletkenlik değerleri gerçeğinden çok uzaktır; bu yüzden akış Dünya'nın içindekinden çok daha pürüzsüzdür.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁸ FLOPS yaklaşık hâlâ Dünya benzeri koşullardan çok uzakta çalışan bir dinamo için bir süper bilgisayarda aylar.Şu tarihten beri: 1995 Glatzmaier ve Roberts'ın bir jeomanyetik alan terslenmesinin üç boyutlu, kendi içinde tutarlı simülasyonu. kaynak

Tam dalga biçimli sismik evirme

Sismik dalgalar bir deneme Dünya modeli içinden tekrar tekrar geçirilir ve sentetik ve kaydedilen dalgalar eşleşene dek model ayarlanır; kaya yapısını görüntülemek için.

Yanıtladığı soru: Altımızdaki kaya, içinden geçen dalgaların gözüyle nasıl görünür?

Dışarıda bıraktığı: Başlangıç modeli yakın değilse evirtim yanlış çözümlere kilitlenebilir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık bir eniyileme döngüsü içinde binlerce dalga simülasyonu.Şu tarihten beri: 1984 Tarantola'nın akustik yaklaşımla sismik yansıma verisinin evirtimi. kaynak

Spektral elemanlı sismik dalga yayılımı

Topografyayı ve katmanları izleyen yüksek dereceli elemanlarla kabuğun ya da bütün Dünya'nın üç boyutlu modelinde yayılan deprem dalgaları.

Yanıtladığı soru: Dalgalar gerçek, topaklı Dünya'da nasıl ilerler?

Dışarıda bıraktığı: Dünya modelleri küçük ölçekli yapıda ve sönümlemede belirsizdir, bu yüzden kısa periyotlar daha az güvenilirdir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁷ FLOPS yaklaşık birkaç saniyelik periyotları çözen tüm Dünya çalıştırmaları.Şu tarihten beri: 1998 Komatitsch ve Vilotte'un iki ve üç boyutlu yapıların sismik tepkisi için spektral eleman yöntemi. kaynak

Deprem döngüsü simülasyonu

Bir fay levha hareketiyle yavaşça yüklenir; sürtünme tutunur ve kayar. Sessiz birikim ve ani kırılmadan oluşan birçok döngü boyunca simüle edilir.

Yanıtladığı soru: Depremler bir fay üzerinde yüzyıllar boyunca nasıl tekrarlanır?

Dışarıda bıraktığı: Sürtünme yasası laboratuvarda türetilmiştir ve hiç ölçülmemiş derinliklere ve hızlara ekstrapole edilir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık binlerce yıl boyunca hız ve durum fay döngüleri.Şu tarihten beri: 1986 Tse and Rice's crustal earthquake instability in relation to the depth variation of frictional slip properties. kaynak

Rastgele deprem kataloğu modelleri

Her şokun artçı olasılığını yükselttiği bir istatistiksel modelden üretilen yapay deprem dizileri; kümelenmeyi ve tehlikeyi tahmin etmek için.

Yanıtladığı soru: Büyük bir depremden sonra artçı sarsıntılar ne kadar olasıdır?

Dışarıda bıraktığı: Model istatistiksel kümelenmeyi yakalar ama fay gerilimi fiziği yoktur.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10⁶ FLOPS yaklaşık rastgele kataloglar ucuza mal olur ve uzun bir topluluk bir iş istasyonunda çalışır.Şu tarihten beri: 1988 Ogata'nın deprem oluşumları için istatistiksel modelleri ve nokta süreçleri için artık çözümlemesi. kaynak

Kara yüzeyi modeli

Toprak, bitki ve hava arasında su, ısı ve karbondioksit alışverişi; atmosfer ve iklim modelleri için bir yüzey bileşeni olarak yazılır.

Yanıtladığı soru: Bitkiler ve toprak, yer ile hava arasında hareket eden ısıyı ve suyu nasıl denetler?

Dışarıda bıraktığı: Bitki örtüsü hücre başına birkaç parametreyle betimlenir ve topraktaki su hareketi büyük ölçüde basitleştirilmiştir.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹² FLOPS yaklaşık iklim modellerinin içinde ızgara hücresi başına tek boyutlu bir sütun.Şu tarihten beri: 1986 Sellers, Mintz, Sud ve Dalcher'ın genel dolaşım modellerinde kullanılmak üzere basit biyosfer modeli. kaynak

Eşleşik yangın ve atmosfer modelleri

Bir yangın cephesi ve yarattığı rüzgâr birlikte çözülür; yangının ısısı havayı içeri çeker, akışı değiştirir ve bu da yangının yayılışını ve kıvılcım ile duman savurmasını değiştirir.

Yanıtladığı soru: Bir yangın, kendini sürükleyen rüzgârı nasıl yeniden biçimlendirir?

Dışarıda bıraktığı: Yanma ve yakıt basit hız yasalarıyla temsil edilir; bu yüzden tepe yangınları ve kıvılcım atlaması gibi uç davranışlar yalnızca kabaca yakalanır.

Çalıştığı yer: yaklaşık 10¹⁴ FLOPS yaklaşık on metre çözünürlükte tek bir büyük yangın için bir kümede günler.Şu tarihten beri: 1996 Clark, Jenkins ve Coen'in yangın hattı dinamiklerinin eşleşik atmosfer-yangın modeli. kaynak