La nuova scienza dell’oceanografia operativa e l’uso del calcolo distribuito Nadia Pinardi, E.Scoccimarro Università di Bologna e Istituto Nazionale Geofisica e Vulcanologia, Bologna S.Dobricic, A.Navarra Centro Euro-Mediterraneo per i Cambiamenti Climatici, Bologna A.Ghiselli, P.Veronesi Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Bologna

Outline Che cosa è l’oceanografia operativa e il nuovo paradigma delle scienze esatte per lo studio dei fenomeni naturali Il servizio europeo e nazionale di oceanografia operativa nel Mediterraneo Lo studio dell’errore nelle previsioni del mare per mezzo del calcolo distribuito

Quali sono i problemi che l’oceanografia operativa si pone? Prevedere lo stato dell’oceano e dei mari sia per le loro componenti biotiche che abiotiche Stimare accuratamente lo stato passato del sistema da tutta l’informazione disponibile (dati e modelli) Comprendere i cambiamenti dell’oceano e l’impatto dell’uomo sul mare per realizzare strategie di mitigazione e adattamento basate su dati scientifici Sviluppare un modo efficiente di monitorare l’oceano in tempo reale Sviluppare nuove applicazioni per lo sviluppo sostenibile delle attività umane al largo e sulla costa

Il metodo scientifico (da: ) Several hundred years ago: science was empirical, describing natural phenomena Last hundred years: science was theoretical, using models, generalizations Last few decades: science became computational, simulating complex phenomena Today: science should be data explorative, unifying theory, experiment, and simulations L’oceanografia operativa produce le serie temporali lunghe di eventi per il nuovo metodo scientifico

Sistemi di monitoraggio multi-piattaforma e multi-parametrico Modelli numerici idrodinamici accoppiati con la previsione meteorologica Tecniche di assimilazione dati per la creazione di condizioni iniziali realistiche Le componenti del sistema di previsioni marine Produzione continua e in tempo reale di campi ambientali marini In Italia: il sistema INGV di previsione

L’Europa: dall’oceano globale ai mari regionali una previsione del ‘tempo del mare’ MARE DEL NORD ARTICO BALTICO MEDITER RANEO OCEANO GLOBALE

Il Servizio Marino italiano per il Mediterraneo Oceanografia Biochimica marina INGV OGS

Lo studio dell’errore nelle previsioni: l’uso del calcolo distribuito L’incertezza delle previsioni si può stimare con tecniche Montecarlo al variare dei parametri incerti dei modelli numerici Si deve trovare un metodo rapido per la produzione di un insieme rilevante di previsioni al cambiare dei parametri incerti del modello L’uso del calcolo distribuito sulla GRID dell’INFN ha permesso di realizzare il primo Montecarlo dell’oceano con un insieme di 1000 previsioni alla volta MEMBRI D’ INSIEME DELLA PREVISIONE CONDIZIONE INIZIALE perturbata 10 giorni

Il metodo Montecarlo per le previsioni oceanografiche sulla GRID Gli esperimenti Montecarlo sono ideati per: –1) produrre 1000 previsioni Montecarlo per ciascuno dei 67 giorni consecutivi dell’esperimento –2) dimostrare che è possibile produrre le previsioni Montecarlo in 5 ore. Le fasi degli esperimenti Montecarlo: Fase 1: REPLICA. I files di input e gli eseguibili sono copiati sui SE del CNAF di Bologna. Questi files sono replicati su 15 SE di nodi della GRID. Questa fase prende circa 10 minuti. Fase 2: ESECUZIONE. Il Resource Broker dell’INFN–CNAF cerca i CE disponibili facendo partire contemporaneamente 1000 jobs. Fase 3: COLLEZIONE. Se il job completa l’esecuzione con successo si lancia una procedura che trasferisce dai SE delle farms i risultati. Dopo 5 ore, tutti i jobs sono cancellati.

IL FLUSSO DI INFORMAZIONE NELLA GRID PER IL MONTECARLO OCEANOGRAFICO Fase 1: REPLICA Linea blu Fase 2: ESECUZIONE Linea nera Fase 3: COLLEZIONE Linea rossa

I NODI DELLA GRID INFN 30 siti con 10/1000 PCs

RISULTATI: NUMERO DI MEMBRI DEL MONTECARLO IN 5 ORE DI LAVORO SULLA GRID Ogni linea blu corrisponde ad un giorno dell’anno dal quale si fa partire un insieme di 1000 previsioni Ore dal lancio della previsione Numero di membri del Montecarlo

CAMPO VISUALIZZATO: DEVIAZIONE STANDARD DEL LIVELLO DEL MARE LA DEVIAZIONE STANDARD DEL MONTECARLO SULLA GRID LA DEVIAZIONE STANDARD INIZIALE LA DEVIAZIONE STANDARD AL 10 GIORNO DI FORECAST

Caso Montecarlo 1 Caso Montecarlo 2 Caso Montecarlo 3 L’incertezza delle previsioni sule traiettorie di oggetti dispersi a mare Campo di colore: Livello del mare. Blu: valori bassi Rosso: valori alti Linee nere: Traiettorie di oggetti

Final remarks L’oceanografia operativa è una nuova scienza che porterà ad avere un insieme di dati di qualità e numero tali da permettere ‘data intensive discoveries’ L’Europa ha organizzato il primo servizio di oceanografia operativa e INGV produce tutti i giorni una previsione a 10 giorni del tempo del mare. Il calcolo distribuito su GRID ha già permesso di valutare l’incertezza della previsione con metodi Montecarlo su insiemi di 1000 previsioni realizzati in cinque ore di tempo di complessivo di lavoro.