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Achtung: Bei diesem Text handelt es sich um eine freie Übersetzung aus dem Englischen. Irrtümer sind vorbehalten. Vorschläge und Fehlerkorrekturen, die die Übersetzung betreffen, nehme ich gern entgegen.


Casino-21 (ClimatePrediction)
Klimasimulation für das 21. Jahrhundert

Vorwort

Willkommen zu Casino-21, einem wissenschaftlichen Experiment in einer groß angelegten Monte-Carlo-Simulation für das Klimas des 20 und 21. Jahrhunderts. Kurzgefasst, das Experiment appelliert an Sie, ein einzigartiges Klimamodel auf dem neusten Stand der Computertechnologie auf Ihrem Heimcomputer zu installieren und laufen zu lassen, vielleicht für ein Jahr oder länger. Sie haben die Möglichkeit, Ihren PC ganz normal zu nutzen: genauso wie das SETI@home-Projekt, wird das Model als eine Art Bildschirmschoner laufen, solange Ihr PC nicht benutzt wird.

Das Projekt bewegt sich vorwärts. Die große Anzahl der Reaktionen, die die Projektbetreiber von den potentiellen Teilnehmern bekamen, bewies ihren unschätzbaren Aufwand, den Skeptikern zu zeigen, dass Menschen ungeduldig darauf warten, ein Klimamodel auf ihren Heimcomputern laufen zu lassen. Man stellte einen Vollzeit-Projektkoordinator David Stainforth ein und hat jetzt die Unterstützung von UK Hadley Centre for Climate Prediction and Research.

Es gab einige Vorschläge, um wichtige Hilfsmittel zu bekommen, um das Projekt auf nächste Stufe voranzutreiben. Das Casino-21-Team hielt Vorträge und Präsentationen mit dem Ziel, die Unterstützung zu erhöhen und neue Partner zu finden. Kürzlich präsentierte David Stainforth einen Poster im britischen Parlament, und Jim Hansen hielt einen Vortrag bei der 11. Global Warming International Conference und auf der Expo.

Lesen Sie weiter um zu erfahren,

was das Problem ist
was Monte-Carlo-Simulation bedeutet
warum Ihre Hilfe benötigt wird
wie das Experiment funktionieren wird
was für Sie drin ist

und anschließend,
wie man sich registrieren kann.

Aus den Ergebnissen, die Ihr Computer erzeugen wird, kann ein Bild des möglichen zukünftigen Klimas dargestellt werden, entsprechend unserem heutigen Wissensstand. Die einzig wirkliche systematische Methode, die Entwicklung der Umwelt einzuschätzen, ist, wenn man Hunderttausende Klimamodelle berechnet, jedes ein wenig anders als der Rest. Aus dem Grunde wird Ihre Hilfe benötigt: Ihre Simulation wird einzigartig. Völlig unbedeutend, wie viele Menschen mitmachen, keine zwei Teilnehmer werden exakt dieselben Resultate liefern, und Ihres könnte das eine werden, was der Realität am nächsten käme. Man wird natürlich einige Zeit warten müssen, bis es klar wird, wer den Grand Prize für die beste Vorhersage für 2050 abräumt, aber es wird noch genug andere Gelegenheiten geben, Ruhm zu erlangen. Und natürlich müssen Sie wissen, dass Ihre Teilnahme eine mögliche und viel objektivere systematische Wettervorhersage für das 21. Jahrhundert gemacht hat als es heute für die wissenschaftliche Gemeinde möglich ist.

Das Problem

Sie haben bereits von den klimatischen Veränderungen gehört - bei der Erzeugung elektrischer Energie, Autofahren, Beheizung unserer Heime usw. produzieren wir Treibhausgase, die mit ziemlicher Gewissheit unseren Planeten wie ein Gewächshaus erwärmen. Falls die gegenwärtigen Computermodelle sich als richtig erweisen sollten, dann werden heute geborene Kinder die klimatischen Veränderungen live miterleben, auf der Schwelle zum Untergang der menschlichen Zivilisation. Wir versuchen aus der Analyse des Klimas in den letzen 10.000 Jahren zu erfahren, welche Konsequenzen solch schnelle klimatischen Veränderungen auf uns und all die anderen Spezies auf diesem Planeten haben können.

Aber was, wenn diese Modelle falsch sind? Was wenn das Tempo und die Skala der Klimaveränderungen überschätzt ist, und wir unnötig in Panik geraten und Unsummen investieren, in der Anstrengung ein Problem zu verhindern, das nicht so schwerwiegend ist, wie die Modelle es weismachen wollen? Schlimmer noch, und ebenso wahrscheinlich, aus aktuellen Erkenntnissen ausgehend, dass die Modelle unterschätzt werden und wir aufgrund der falschen Vorstellung zu wenig tun, dass die Veränderungen minimal und allmählich vonstatten gehen werden.

Monte Carlo Simulation

Wenn Sie die Wettervorhersage sehen, möchten Sie nicht einfach den besten Treffer des Meteorologen für das Wetter am Wochenendes hören. Sie möchten auch wissen, wie zuversichtlich die Vorhersage ist. Ein guter Meteorologe wird zugeben, wenn es eine verzwickte Situation ist und er wirklich nicht weiß, was passieren wird, und wird Sie auch wissen lassen, wenn die Prognose solide genug scheint, um sich darauf verlassen zu können. Haben Sie sich je gewundert, wie sie arbeiten, wie unsicher die Vorhersage ist?

Eine Vorhersage für das Wetter der kommenden drei Tage beginnt mit der Einschätzung des heutigen Wetters in der ganzen Welt. Diese Einschätzung ist unsicher, also fangen die Meteorologen mit ein paar unterschiedlichen Schätzungen des heutigen Wetters an, und lassen die gewonnenen Daten drei Tage vorwärts durch ein Computermodell laufen. Falls all die Prognosen prophezeien, dass es heiß und sonnig wird, dann können sie sicher sagen, dass es wahrscheinlich heiß und sonnig wird. Wenn die Hälfte der Prognosen ein sonniges Wetter vorhersagt und die andere Hälfte ein miserables und nasses Wetter, dann müssen sie zugeben, dass sie sich zum Wetterverlauf der kommenden Tage wenig äußern können. Dieses "Monte Carlo"-Verfahren (so genannt, weil die unterschiedlichen Vorhersagen genauso verschieden sind wie die Augen eines Würfels), ist sogar wichtiger, wenn man voraussagt, ob und nicht wahrscheinlich, dass wir einen warmen Winter haben werden. Nur ein Narr würde behaupten, genau zu wissen, wie das Wetter in sechs Monaten sein wird, aber professionelle Meteorologen versuchen zu trennen, was über das Wetter über den nächsten Monaten (häufig sehr wenig) vorausgesagt werden kann, von dem, was wirklich unvorhersehbar ist. Für einige Beispiele wie periodische Vorhersage funktioniert ein Blick in die European Centre for Medium-Range Weather Forecasting.

Warum Ihre Hilfe benötigt wird

Im Prinzip sind die Klimamodelle eine gigantische Wettervorhersage, aber viel komplizierter. Klimamodelle lösen im wesentlichen dieselbe Gleichung wie die Wettervorhersage-Modelle und noch viel mehr, um die langsamen Veränderungen der Ozeanströmungen und des Meereises vorherzusagen. Obwohl man nicht mehr Details wie die Wettervorhersage berücksichtigen will (was die Klimamodelle schneller macht), versucht man eine Prognose für 50 bis 100 Jahren zu machen, deutlich mehr als ein paar Tage oder Wochen. Mehr als eine Handvoll langfristigen Klimasimulationen ist sogar für den leistungsfähigsten Supercomputer der Welt zu viel. Meteorologen können sich mit der Vermutung zufrieden geben, ihre Modelle seien "perfekt", und dasselbe Modell aus verschiedenen Ausgangspunkten mehrere Male laufen zu lassen. Für eine Monte Carlo Klimavorhersage wird man mehrere verschiedene Modelle laufen lassen, um die Unbekannten als Störelemente eines Klimaprozesses zu extrahieren. Dies erhöht drastisch die Zahl der Simulationen, die benötigt werden, um eine glaubwürdige Schätzung der möglichen Resultate zu geben.

Eines unser Vorteile ist, dass Klimaveränderung verhältnismäßig langsam stattfindet. Natürlich muss eine Vorhersage des Wochenendwetters heute gemacht werden. Aber es wird uns zwei oder drei Jahre in Anspruch nehmen, eine Vorhersage der Klimas für das Jahr 2050 zu berechnen. Kein Problem: wir können sicher sein, Politiker in der ganzen Welt werden darüber noch argumentieren, was zu tun ist. Sogar wenn es ein Jahr oder länger dauert, eine 50-Jahre-Vorhersage auf Ihrem PC zu berechnen, würde diese Prognose noch zu gebrauchen sein, insbesondere, als ein Teil eines großen Monte-Carlo-Simulation-Experiments. Und die Leser dieser Seite haben wahrscheinlich mehr Computerleistung, als alle gegenwärtigen Klimasimulationsmodelle zusammengenommen.

Das Experiment

Klimamodelle enthalten viele Approximationen. Zum Beispiel Bäume beeinflussen das Klima, indem sie (unter anderem) das Wasser aus der Erde in die Atmosphäre befördern. Aber kein Computermodell kann jeden einzelnen Baum auf dem Planeten repräsentieren. Stattdessen wird die totale Menge an Wasser, die durch alle Bäume auf einer bestimmten Fläche in die Atmosphäre freigesetzt wird, durch eine einzige Zahl repräsentiert. Wie Sie sich vorstellen können, ist diese Zahl ziemlich zweifelhaft, weil Bäume in unterschiedlichen Formen und Größen vorkommen, und jeder einzelne würde einen geringfügig anderen Effekt erzielen. Die heutigen Modelle arbeiten mit einem einzelnen best geschätzten Wert. Was man gerne tun würden, wäre, mehrere Modelle laufen zu lassen mit z.B. sehr hohem, hohem, mittlerem, kleinem und sehr kleinem Schätzwert dieses Wasserpump-Effekts, um zu sehen, wie es eine 50-jährige Klimasimulation beeinflusst.

Wenn das Modell nur von diesen "stimmbaren Parametern" abhängig sein würde, wäre das Problem leicht. Aber es gibt Hunderte solcher Parameter, die buchstäblich Millionen möglicher Kombinationen ergeben. Jede von diesen Kombinationen repräsentiert ein "mögliches" Klimamodell.

Sie werden das Grundmodell auf Ihrem PC installieren, wahrscheinlich von einer CD oder (wenn Sie ein schnelles Modem haben) aus dem Internet runterladen: damit Sie eine Vorstellung von dem Programm bekommen, die Speichernutzung des Modells und die Plattenbelegung sind ähnlich wie bei einem modernen Computerspiel. Sie werden dann eine zufällige Nummer eintippen, damit eine Kombination der Parameter ausgewählt werden kann, um anschließend ein mögliches Modell zu generieren: die Kombinationsnummer ist so groß ist, dass wenn sogar jeder in der Welt, der Zugang zu einem PC hat, mitmachen würde, wäre die Wahrscheinlichkeit zweier identischer Modelle sehr gering.

Sie können nicht einfach ein Klimamodell starten und die Zukunft voraussagen: zuerst müssen Sie beweisen, dass Ihr Modell eine glaubwürdige Simulation des gegenwärtigen Klimas vorzuweisen hat, und die Veränderungen, die innerhalb der vergangenen 50 Jahren aufgetreten waren, auf zuverlässigen Beobachtungen des klimatischen Systems beruhen.

Einige Kombinationen der "stimmbaren Parametern" ergeben Simulationen des gegenwärtigen Klimas, die keine Ähnlichkeit zeigen, was wirklich in den letzten 50 Jahren geschehen ist. In solchen Fällen wird Casino-21 Sie darauf aufmerksam machen, dass etwas Unrealistisches aufgetreten ist, und ein paar Optionen vorschlagen: entweder tragen Sie ganz neue Parameter ein, im Grunde genommen beginnen Sie mit einem ganz neuen Modell, oder Sie fragen eine Kopie irgendeines anderen Modells an, das realistischer ist. Da Sie die Berechnung aus verschiedenen Ausgangspositionen starten würden, die auf verschiedenen Computern läuft, gibt es keine Gefahr, dass Ihre Simulation identisch mit anderen ist, sogar wenn Sie dieselben Parameter verwenden.

Auf diese Art kommen die meist realistischen Modelle heraus durch den Vorgang der natürlichen Selektion. Obwohl natürlich nicht im Voraus absehbar ist, ob Ihr Modell überleben wird (Sie können es nur herausfinden, indem Sie es laufen lassen), wird man versuchen, die Parameterbereiche so zu optimieren, damit Sie nicht mehr als ein paar Mal über der ganzen Simulationsperiode neu starten müssen (außer, natürlich, Sie werden vom Unglück verfolgt - denken Sie an den Namen des Projekts).

Die Projektbetreiber wollen die unrealistischen Modelle nicht ganz ignorieren; in der Wissenschaft kann ein negatives Ergebnis von größerer Bedeutung als ein positives. Die Parameterwerte, die ein unrealistisches Klima erzeugen, werden den Forschern sehr viel darüber sagen, wie das Klimasystem funktioniert. Außerdem, genauso wie bei dem Evolutionsprozess, nur bei der Betrachtung mehrerer ungültiger Modelle kann man sicherstellen, dass die Überlebenden ein einsichtiges Beispiel glaubwürdiger Modelle repräsentieren.

Beim Erreichen des Jahres 2000, entweder mit Ihrem eigenen Modell (wenn Sie viel Glück haben) oder (viel wahrscheinlicher) mit einer von dem Projekt bereitgestellten realistischeren Version, sind Sie berechtigt, Ihre Prognose für das 21. Jahrhundert zu starten. Erinnern Sie sich an diesem Punkt, Ihr Modell wird in dem Moment realistischer sein als irgendeine aktuelle Simulation der klimatischen Veränderungen für das 21. Jahrhundert: so dass Ihre Chance ebenso groß ist, die beste Vorhersage zu machen als jemand anders.

Was springt für Sie dabei heraus?

Klimaveränderung geht uns alle an. Wir wollen alle eine richtige Entscheidung, aber jetzt ohne die Kenntnis aller Gefahren, die in Verbindung mit verschiedenen Möglichkeiten stehen, ist es schwer, zu einer gemeinsamen Meinung zu kommen. Dieses Experiment sollte eine völlig neue Form der Klimavorhersage eröffnen: eine verschwommene Prognose spiegelt die Reichweite der Risiken und Wahrscheinlichkeiten, vielmehr als eine einzige "beste Schätzung". Und man hat keine Computerressourcen, um das auf eine andere Weise zu machen.

Noch eine kleine ernste Anmerkung: es besteht die Möglichkeit des weltweiten Ruhmes für die beste Prognose - und ein schöner Bildschirmschoner für Zwischendurch natürlich auch. Die Programmierer werden einige Optionen in den Bildschirmschoner einbauen, unser Planet Erde zu betrachten, wie es aus dem All aussieht oder wie sich die Temperatur entwickeln würde (weniger hübsch, dafür viel informativer). Es gibt keine Geldpreise zu gewinnen, aber man wird alle Ergebnisse verfolgen und sie jedes Jahr veröffentlichen, wessen Voraussage am zutreffendsten zu den gemachten Beobachtungen war. Sie sollten 50 Jahre oder so warten, um herauszufinden, wer der Gewinner sein wird, aber in der Zwischenzeit sollten Sie wissen, dass Sie einen realen Beitrag für den Fortschritt der Wissenschaft leisten.

Siehe auch: Lifemapper


Letzte Forumbeiträge
xx Erderwärmung um 11,5°C
Januar 28, 2005, 09:08:52 von Darkstar603
Für alle die sich für dieses Thema erwärmen, hat der Spiegel-Online ein Dossier zusammengestellt.
Titel: Heimcomputer-Project

http://www.spiegel.de/wissenschaft/erde/0,1518,338691,00.html
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xx wu-Berechnung Fehler
Dezember 01, 2004, 10:13:51 von SnakeKaplan
Sers

also mein Cp (bei Boinc) läuft nun seit 325h lang ohne große Ereignisse. Ich rechnete gestern noch im Jahr 1840. Heute hab ich den Clienten gestartet und als ich nach 4h mal wieder nachgeschaut hab, ist er in 5 Stunden ins Jahr 2050 gesprungen.Die Berechnung soll noch 160h dauern....
Dieser Sprung ist doch nicht normal oder Huch Schockiert
16 Kommentare | Kommentar schreiben

xx Boinc-Account
September 06, 2004, 07:48:10 von E.T.
Ich wollte eben Boinc 4.05 mit Climateprediction ausprobieren. Muss man für die Boinc-Variante jetzt einen neuen Account einrichten, oder wie geht das?
2 Kommentare | Kommentar schreiben

xx ClimatePrediction BOINC Beta kommt !!
Juni 28, 2004, 08:44:06 von Thomapyrien
Laut einer News vom 12.06.2004 auf der www.boinc.de Seite, soll nun der Betatest von ClimatePrediction BOINC anstehen !

Gruß
Thomapyrien
5 Kommentare | Kommentar schreiben

xx umuk_de herzlich willkommen !!
Juni 03, 2004, 09:16:44 von Thomapyrien
Hallo umuk_de,

herzlich willkommen in unseremTeam !!

Viel Spaß beim Mitcrunchen  Cool

Internette Grüße
Thomapyrien
1 Kommentar | Kommentar schreiben
 

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Zuletzt geändert: 10. February 2010

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