CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Modellistica biogeochimica nel Mar Mediterraneo: servizio operativo, ricerca scientifica, sviluppo tecnologico A. Teruzzi,

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1 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Modellistica biogeochimica nel Mar Mediterraneo: servizio operativo, ricerca scientifica, sviluppo tecnologico A. Teruzzi, P. Lazzari, S. Salon, V. Ibello, A. Crise, C. Solidoro OGS - Trieste

2 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Sommario Modello OPATM-BFM Sistema operativo per la biogeochimica Mediterranea (MyOcean) Simulazioni climatiche (SESAME) Sviluppo tecnologico (DORII) Risultati

3 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 OPATM-BFM Modellistica biogeochimica Servizio operativo per il Mar Mediterraneo Ricerca scientifica in ambito climatico Integrazione in ambito Grid

4 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Contributo OGS alla modellistica biogeochimica nel Mediterraneo Research MTP MATER SINAPSI (IT) OO + R&D MFS - MFSPP - MFSTEP Pre-operational demonstration MERSEA IP Pre-operational demonstration MERSEA IP VECTOR (IT) SESAME (FP6) DORII (FP7) 2008-2011 ADRICOSM PARTNERSHIP Verso la previsione operativa della biogeochimica in Mar Mediterraneo servizio Feedback relativi a ricerca scientifica e sviluppo tecnologico Inizio 90

5 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 OPATM-BFM coupled model HorRes = 1/8° ( 12km) VertRes = 72/43 levels TimeRes = 1800 s OPER: run(10+7dd)/5hrs (32PEs) OPER output = daily averages CLIM: 1 year/day (32PEs) CLIM output = 10 dd averages Biogeochemical Flux Model Carbon based multi-nutrient food web description Carbon, Nitrogen, Phosphorus and Silicon cycles Potential for nutrient co-limitation (Nitrogen, Phosphorus and Silicon) Variable C:N:P:Si ratio i=1,51 variables (phytoplankton, mesozooplankton, microzooplankton, bacteria)

6 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 OPATM-BFM Modellistica biogeochimica Servizio operativo per il Mar Mediterraneo

7 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Sistema previsionale operativo Accoppiamento off-line a multi-piattaforma Best physics + best biogeochemistry Supporto professionale ai prodotti web diffusi settimanalmente Validazione (Chl-a) fornita con algoritmi adattati al Mediterraneo Lazzari et al., OS6, 2010 Validation Products OGS Validation Products OGS Satellite CHL data ISAC-CNR Satellite CHL data ISAC-CNR Circulation Model MFS 1/16° INGV Circulation Model MFS 1/16° INGV Biogeochemical Model OPATM-BFM 1/8° OGS CINECA Biogeochemical Model OPATM-BFM 1/8° OGS CINECA

8 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Sistema previsionale operativo

9 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Attività OGS in MyOcean/WP9 (start 0409) V0 (M5)V1 (M18)V2 (M32) Products chlorophyll concentration every week V0+ nitrate and phosphate every 3 days NEMO V1+ primary production, dissolved oxygen and phytoplankton biomass Data Assimilation 10 years of re-analysis Validation Ocean Colour chlorophyll concentration Available data in MyOcean and climatology Accomplished YESTBD

10 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Servizio Web e Catalogo MyOcean Pagina Web interattiva con mappe, profili, transetti Accesso ai dati tramite Service Desk richieste utenti da Europa (7) e Australia (1)

11 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Prodotti V0 Ciclo stagionale clorofilla riprodotto + fioriture algali (NWM…) Nessuna re-inizializzazione da Aprile 2007 Da inizio V0: 80% dei run pronti < 24hr (< 7hr nel 100% dei casi)

12 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 V0 validation Class 4 MERSEA Metrics Dati disponibili: concentrazione sup. chl da Ocean Colour (via GOS- ISAC, WP12) Confronto qualitativo Statistiche non-param. (mediana) Skill diagrams (Jolliff et al. JMS, 2008) SAT MOD_F MOD_A [mg chl/m 3 ] LEV East x: RMSD unbiased y: bias Distance from the origin proportional to RMSD NWM West Lazzari et al., OS6, 2010

13 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 OPATM-BFM Modellistica biogeochimica Ricerca scientifica in ambito climatico

14 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Simulazioni climatiche SESAME IP: stima scenari climatici presenti e futuri della biogeochimica nel Mar Mediterraneo + attendibilità strumenti numerici utilizzati Run 1999-2004, confronto chl SeaWIFS: gradienti trofici orizzontali ciclo stagionale (whiskers) skill diagram [mg chl/m 3 ] ALBSWWSWENWMTYRIONLEV

15 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Phys/Bio dynamic (NWM): Wind – MLD - NPP Wind speed (m.s -1 ) MLD (m) NPP (gC. m -2.y -1 )

16 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 OPATM-BFM Modellistica biogeochimica Integrazione in ambito Grid

17 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Sviluppo tecnologico: verso e-Science DORII: e-Infrastructure basata su tecnologia Grid per comunità scientifiche (ocean users) per integrazione remote instrument, HPC, model simulations, visualization OGS: applicazione OCOM-MOON per valutare potenzialità e-Infrastructure in ambito di controllo remoto strumentazione e dati (MedArgo APEX floats e glider), integrazione e porting del modello OPATM-BFM in ambiente Grid, visualizzazione avanzata degli output del modello Similia: USA (OOI, http://www.whoi.edu/page.do?pid=22317) e Australia (IMOS, http://imos.org.au/) INGV MFS circulation model http://bulletin.mersea.eu.org physical forcings (u, T, S, K V, wind, IRR…) data OPATM-BFM (MPI on 32 PEs) floats Access to: float data OPATM-BFM Glider

18 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Grid portal e gestione strumenti/modello Utente/Ricercatore (strumenti e/o modello) grid certificate Virtual Control Room Servizio di accesso dati storici MedArgo float e controllo parametri tecnici Servizio di gestione remota glider in parallelo a sistema proprietario Workflow: selezione input data set per sottomissione on- demand simulation basata su catena operativa myO 3D rendering output modello flusso di informazione integrato nella e-Infrastructure

19 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Virtual Control Room gestione Float Pannello comandi

20 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Workflow submission e controllo job Selezione input Controllo run in produzione Selezione output

21 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 …Grid, cui prodest ? Prerequisito: Aumentare consapevolezza verso e-Science Controllo/Gestione estensivi di strumentazione e sensori remoti Integrazione con gestione di dati e dataset storici Possibilità di seguire il computational flow: scelta dataset di input, parameters setting/tuning, fase di produzione Analisi delloutput complesso senza local downloading Ottimizzazione codice per porting su Grid (es. PNetCDF) Possibilità per attività di ricerca in collaborazione (es. teleconf) Condivisione dati in sicurezza Accesso remoto a sistemi integrati (strumenti, dati, modelli, post- proc) butterfly envelope + multi-centric infrastructure

22 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 GRAZIE PER LATTENZIONE

23 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010

24 Bias y axis RMSD unbiased x axis Distance from the origin proportional to RMSD (biased) Intensità di RMSD unbiased sempre positiva: il segno dà info sullo sfasamento del modello rispetto i dati Dispersione implica anche sfasamento degli output del modello rispetto ai dati Modello SOTTOSTIMA Dispersione modello > Dispersione dati Dispersione modello < Dispersione dati Modello SOVRASTIMA

25 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 V0 validation Skill diagram Target diagram (Jolliff et al 2008) Bias y axis RMSD unbiased x axis Distance from the origin proportional to RMSD East West NWM LEV

26 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 AUTUMN WINTER SPRING SUMMER ALBSWMNWMTYRADNADSAEGIONLEV

27 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Prodotti V0 Ciclo stagionale chlorofilla riprodotto + fioriture algali Nessuna re-inizializzazione da Aprile 2007 Da inizio V0: 80% dei run pronti < 24hr (< 7hr nel 100% dei casi)

28 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 V0 validation Non-parametric statistics

29 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 V0 validation Non-parametric statistics

30 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Nutrient dynamics (nitrate) - Model corroboration

31 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Primary productivity - Seasonal Cycle and Inter-annual Variability gCm -2 y -1 0 200 100 m 500 0 250 gCm -2 y -1 0 200 100 m 500 0 250 gCm -2 y -1

32 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Climatology 1999-2004 Mediterranean basin trophic regionalization depends: on the specific variable considered (CHL, NPP) on the vertical aggregation (surface level or vertically integrated) Surface chlorophyll Surface NPPVertically integrated NPP (0 to bottom) mg chla.m -3 mg C.m -3.d -1 gC.m -2.y -1

33 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Primary productivity - annual estimates

34 CNOO2 Cesenatico 27-28 Maggio 2010 Conclusions Vertically integrated PP on the Med Sea ~95 gC.m -2.y -1 PP higher in the western basin (70 %) Estimations confirmed by other sources (satellite model, in situ) Season cycle of PP present in all sub-basins (maximum in spring, minimum in late autumn), satellite estimations show a less marked seasonal cycle in the eastern Mediterranean Inter-annual variability is low compared to seasonal variability De-coupling between surface and vertically integrated properties