Taller de Manejo de EcosistemasTrimestre 07P

Practica 2. Modelos de simulación del cambio climático

Objetivo. Acercar a los alumnos la tecnología utilizada para la simulación de los climáticos globales haciendo uso de EdGCM (Educational Global Climate Model).

En esta práctica se mostrará a los alumnos el funcionamiento de software de simulación del cambio climático global diseñado para el uso de alumnos y maestros por el Universidad de Columbia y el Goddard Institute for Spacial Studies (GISS). Los modelos de clima global requieren de capacidades de supercomputo para analizar las decenas de variables que están implicadas en el funcionamiento del clima. Este problema es solucionado por el EdGCM, puesto que no requiere de capacidades muy altas de cómputo, puede ser ejecutado en computadores personales de características variables. El EdGCM tiene algunos modelos que ejemplifican su funcionamiento cuyos parámetros no deben ser modificados para los fines de esta práctica. Con el EdGCM se tiene la posibilidad de crear escenarios propios. En esta práctica se ejecuto la simulación de calentamiento global (Global Warming) bajo los parámetros propuestos por Mark Chandler. La simulación se hace hasta el año 2100 y se realizó en un Servidor PowerEdge 830 con un tiempo estimado de 2 días de procesamiento para obtener los resultados que se utilizarán en esta práctica.

Preguntas guía:

1. ¿Son parecidos los valores de concentración de gases de efecto invernadero utilizados en el EdGCM a los vistos en clase?

2. ¿Cuántas variables se obtienen de la simulación para GW observando los resultados de Maps?

3. ¿Qué variables son y en que unidades?4. ¿Qué variables escogiste?5. ¿En qué fecha comienza la simulación y cuándo termina?6. Describa el resultado de la simulación para la forma y variable

seleccionada. Esta descripción debe de fundamentarla considerando los valores iniciales y el proceso de cambio.

7. ¿De que forma afecta a México y que variables obtenidas de la simulación serían las que mayor impacto tienen sobre nuestro territorio?

La animación (PowerPoint) obtenida en el punto 19 será enviada al correo de docencia y el nombre deberá tener el sufijo gw y las iniciales del nombre y apellidos del alumno.

Las preguntas anteriores y lo que solicite durante la práctica se contestaran en Word y serán enviados por correo electrónico al e-mail: hcg@docencia.izt.uam.mx

Pasos a seguir para resolver esta práctica:

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1. Abrir el programa EdGCM. El icono puede estar en el Escritorio de la PC o se pude ejecutar abriendo Inicio - Todos los programas - EdGCM 3.0 – EdGCM.

2. La interfase gráfica del programa se observará así:

3. La interfase contiene una barra de menús y una barra de herramientas que contiene los controles (iconos) para llamar a programas de visualización de resultados (EVA), controles de simulación y la lista de los modelos ejecutados. En este ejercicio no se ejecutará el modelo debido al tiempo que lleva obtener los resultados por lo que en cada PC está los resultados para la simulación de Global Warming.

4. Revisaremos de manera breve y enfocada a esta práctica las funciones contenidas en los menús del programa. Los menús File y Edit tienen las mismas funciones que cualquier otro programa que se ejecuta bajo Windows y otros sistemas operativos.

a. El menú Go abre las carpetas donde se encuentra la información de entrada para la simulación, los resultados de la simulación, las carpetas donde esta instalado el programa entre otros.

b. El menú Web abre páginas de Internet con información relacionada con el software, tutorías, descargas, recursos diversos que son de utilidad para aprender el uso del software.

c. El menú Window abre ventanas como la de “Analyze Output” y otras interfaces que nos muestran los valores utilizados para realizar la simulación.

d. Cuando se abre la ventana de “Analyze Output” se adiciona un menú como Analyze que contiene funciones relacionadas al análisis de resultado. Lo mismo ocurre cuando se agregan menús cuando se abren la ventana de “Setup Simulations”.

5. La interfase para establecer las condiciones de simulación se abre haciendo doble clic en el icono de “Setup Simulations”. En esta se

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presentan los parámetros iniciales para llevar a cabo la simulación. Es pertinente y necesario conocer los datos iniciales de la simulación para tener más elementos de interpretación de los resultados y compararlos con otros valores de concentraciones de GEI. En la esquina superior derecha se presenta un icono de candado, si se hace clic en el icono se abre el candado y permite que se modifiquen los valores presentados en la interface de simulación. La siguiente imagen muestra la interface:

6. Si se quisiera hacer una nueva simulación en el menú Simulation se selecciona “New” y aparece una interfase para establecer los parámetros iniciales de la simulación. En este caso se pueden cambiar todos los valores y parámetros. En esta práctica esto no se hará.

7. Los resultados de la simulación se revisan ejecutando el comando “Analyze Output” ó con la combinación de teclas “Crtl+4”

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8. A continuación aparece una ventana con una nueva interfase gráfica que contiene cinco pestañas. La primera indica los resultados expresados como mapas (Maps). La segunda pestaña presenta los resultados como gráficos de rebanadas verticales (vertical slices). La tercera pestaña produce gráficos de líneas promediando por zonas (zonal averages). La cuarta pestaña muestra gráficos de series de tiempo para las variables seleccionadas. La quinta pestaña produce tablas en formato de hojas de cálculo que puedes verse en Excel (diagnostic tables). La siguiente es una imagen de la interfase de “Analyze Output”.

Ejemplo de resultados:

Pestaña 1: Mapa Pestaña 2: Gráfico de rebanada verticalPestaña 3: Gráfico de promedio zonal Pestaña 4: Gráfico de serie de tiempoPestaña 5: Gráfico elaborado con el archivo de Excel

9. La visualización de los resultados se realiza invocando al programa EVA (EdGCM Visualization Application1). Previo a la visualización se requieren de generar estadísticas para agregar los datos que permitan su visualización. La forma más simple es establecer intervalos de tiempo que permitan observar los cambios temporales (por ejemplo 5, 10 ó 20

1 EVA is developed under the EdGCM Project of Columbia University, which is supported by the National Science Foundation's Division of Atmospheric Sciences, Paleoclimate Program and NASA's Earth Science programs.

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años). La simulación es por 200 años por lo que hacerla año por año resultaría demasiado oneroso en tiempo por lo que es adecuado tomar intervalos de tiempo como los antes mencionados. Para la práctica se utilizaran intervalos de 10 años. La forma de hacerlo se describe a continuación.

10. En la ventana de Analyze Output , del lado izquierdo se encuentran dos controles deslizables. El primero tiene el título “Years” si se recorre se encontraran los años de simulación comenzando desde 1958. La forma de establecer el intervalo es seleccionando los años con el botón izquierdo de Mouse y oprimiendo la tecla shift simultáneamente para bloquear un conjunto de años. Para este primer intervalo elegir de 1958 a 1970 (son 13 años pero lo haremos así con la finalidad de no tener el último intervalo con sólo 3 años). El siguiente control deslizable tiene el título de “Averages” y aquí aparecerán los intervalos una vez que se haya oprimido el botón Average que se encuentra abajo del la barral deslizable antes descrita. Para que calcule el promedio hay que oprimir el botón “Average” y aparecerá una ventana de comandos que muestra el avance en el cálculo. La siguiente es una imagen que muestra los controles y da el ejemplo de para seleccionar por periodos de 10 años.

11.12. El siguiente paso es extraer la información generada oprimiendo el

botón titulado “Extract” (se encuentra al centro en la parte inferior de la ventana). Al hacerlo aparecerá brevemente una ventana de comandos y

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posteriormente aparece en la barra deslizable en el extremo derecho (titulada View Images) de la ventana el nombre de un archivo de imagen que representa el periodo seleccionado. Por ejemplo 1958-1970.nc.

13. Para ver la imagen generada se selecciona el nombre la imagen calculada por periodo y se oprime el botón “View” que se encuentra en la porción inferior derecha de la ventana. Al hacerlo se invoca al programa EVA que se menciono arriba en el texto. La siguiente imagen muestra la interfase gráfica:

14.En esta interfase se muestran los archivos que contiene los datos promediados (Files), las variables que son posibles visualizar (Variable) y la temporalidad o región que se desea ver (Time or Region). Es posible seleccionar cualquiera de las opciones antes descritas y cambiarlas. En la ventana inferior de la interfase se muestra la combinación seleccionada. Para la práctica lo haremos con los valores anuales (annual) y se elegirá sólo una variable por alumno de las 9 disponibles. En la esquina inferior izquierda de la interfase de EVA se encuentra en botón de “Plot” oprimirlo una vez que se haya seleccionado la combinación de datos, variables y temporalidad. Aparece una interface con un mapa que contiene el resultado del promedio. El titulo lo toma de la variable usada y el subtitulo se obtiene del nombre de la simulación y del intervalo de tiempo seleccionado.

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15. Es posible cambiar los colores, proyección, escala (zoom) del mapa, sin embargo para fines de esta practica se utilizaran los valores por defecto (default). Para visualizar el GRID de forma más “suavizada” se activa el control llamado “Interpolate”. El resultado es que en lugar de verse los cuadros (píxeles) ahora casi no se ven. Así luce en resultado:

16. En la visualización existen tres diferentes formas de ver los resultados. Gris es la primera opción y es como imagen (píxeles), Contour es la segunda y muestra los resultados como isolíneas, y Vector es la tercera que muestra los vectores de dirección de los resultados obtenidos. En esta última el tamaño de la flecha y su color indican la magnitud del valor. Ejemplos de las opciones Contour y Vector:

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17. Las imágenes generadas (mapas) se pueden guardar como un archivo de imagen en formato bitmap (*.bmp). Para hacerlo se selecciona la ventana donde esta el mapa se entra al menú File – se selecciona “Save Images” y se le da un nombre. Por defecto el programa propone un

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nombre que comienza con la variable a este se le agrega el número de la intervalo con lo cual queda el nombre como: annual_ground_wetness01.bmp en este ejemplo es la humedad de tierra anual del intervalo uno (1958 a 1970). Guardar cada imagen en la carpeta Mis imágenes de acuerdo a la convención de nombres antes descrita. Para esta práctica se generaran el número de intervalos necesarios para llegar al 2100 y sus correspondientes imágenes de mapas para después visualizar el cambio que ocurre con el tiempo.

18. Para visualizar cualquiera de los resultados que se encuentran en Analyze Output se siguen los mismos pasos descritos del punto 10 al 17.

19.Para ver la animación de la simulación con las imágenes debe abrir un nuevo archivo de PowerPoint e insertar (Insertar-Imagen-Desde archivo) cada una de la imágenes generadas en el punto 17. Debe ser una imagen por diapositiva (no modificar el tamaño ni forma de la imagen insertada). Al ejecutar la presentación de PowerPoint se verá la animación.