مقالة منهجية

استخدام الفن التوليدي لنقل التحولات المناخية في الماضي والمستقبل

DOI:

10.3791/65073

⸱

مارس 31, 2023

 , 
1Graduate School of Oceanography, University of Rhode Island, 2Rhode Island School of Design

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هنا ، يتم تقديم بروتوكول لتصور البيانات المناخية كفن توليدي.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعتمد القدرة على فهم مناخ العصر الحديث على فهم أساسي لتقلبات المناخ السابقة والطرق التي يستقر بها الكوكب من خلال ردود الفعل المترابطة. تقدم هذه المقالة طريقة فريدة لترجمة سجلات التحولات المناخية السابقة المحفوظة في رواسب أعماق البحار إلى جماهير واسعة من خلال تصور غامر. هذا التصور عبارة عن تركيب وسائط متعددة يتضمن السجلات الجيوكيميائية للتحولات الجليدية والجليدية والتنبؤات النموذجية للاحترار البشري المنشأ في المستقبل لخلق تجربة غامرة للمشاهدين ، ودعوتهم للتفاعل مع الاختلافات الدقيقة والدقيقة بين مجموعات فرعية من تاريخ الأرض والتفكير فيها. يعرض هذا العمل خمس فترات زمنية ، بدءا من بداية الدورة الجليدية الجليدية الحديثة (~ قبل مليون سنة) ، ومقارنة المناخ الماضي بنتائج نموذجية للاحترار البشري المتوقع في المستقبل (حتى عام 2099). يتكون التثبيت من عدة إسقاطات تجريبية ، واحدة لكل مجموعة فرعية من الوقت ، معروضة على أسطح مختلفة في الغرفة. بينما يتحرك المشاهدون عبر الفضاء ، تدور الإسقاطات ببطء عبر التحولات المناخية المختلفة ، باستخدام طرق الرسوم المتحركة مثل السرعة واللون والطبقات والتكرار ، وكلها يتم إنشاؤها من خلال بيانات خاصة بالموقع لنقل السلوك الفريد للكوكب من حيث صلته بالمناخ العالمي. يوفر هذا العمل إطارا لتصور البيانات العلمية الفريدة ، مع الرسوم المتحركة التوليدية التي تم إنشاؤها باستخدام خوارزمية Perlin Noise في مركز التثبيت. تؤثر متغيرات البحث ، مثل درجة حرارة سطح البحر وديناميكيات المغذيات ومعدل تغير المناخ ، على النتائج الرسمية مثل اللون والمقياس وسرعة الرسوم المتحركة ، والتي يسهل معالجتها والاتصال ببيانات محددة. ويتيح هذا النهج أيضا إمكانية نشر البيانات على الإنترنت ويوفر آلية لتوسيع نطاق المعلمات المرئية إلى مجموعة واسعة من البيانات الكمية والنوعية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يسمح الفن التوليدي والأساليب المستخدمة هنا بالترجمة المباشرة للبيانات الكمية إلى رسوم متحركة مع الحفاظ على سلامة البيانات. يستخدم الفنانون الفن التوليدي لاستكشاف تصورات المكان والزمان 1,2 ، لكن الفن التوليدي لا يستخدم بعد بشكل شائع مع البيانات العلمية المكانية أو الزمانية. يوفر العمل المقدم هنا إطارا بسيطا لاستخدام المنتجات المرئية التوليدية لعرض البيانات المناخية. يمكن تطبيق هذه المنتجات على نطاق واسع ، سواء تم استخدامها لإنشاء معارض شخصية أو كوسيلة مساعدة بصرية لعرض تقديمي أو منشور عبر الإنترنت.

يوفر استخدام القياسات أو التقديرات الجيوكيميائية لقياس عناصر مثل اللون والشكل والحجم والسرعة وسيلة لنقل معدلات ومقادير التغيير بصريا دون مطالبة المشاهد بقراءة ورقة أو تفسير رسم بياني أو النظر في جدول البيانات. وبدلا من ذلك، يستخدم التوزيع العشوائي للمتغيرات المختارة للتعبير عن نقص البيانات أو عدم اليقين، كما في حالة الإسقاطات المستقبلية. ربما يكون تجاور الماضي الجيولوجي والمستقبل جزءا لا يتجزأ من فعالية هذه المنتجات كأدوات اتصال علمي. غالبا ما تكون التجارب الحديثة بمثابة خط الأساس للمقارنة لتغير المناخ الحديث ، مما يجعل من الصعب فهم حجم تغير المناخ البشريالمنشأ 3.

تمتد القياسات الجيوكيميائية المرئية في هذه الورقة إلى انتقال منتصف العصر البليستوسيني (MPT ؛ منذ 1.2 مليون إلى 600000 عام) ، مسجلة التغيرات بالقرب من الحدود الشمالية للمحيط الجنوبي من موقع البرنامج الدولي لاكتشاف المحيطات U1475 4,5. يتم تقديم بيانات MPT في أربعة رسوم متحركة ، والتي تسلط الضوء على التغيرات في ظروف المحيطات مع برودة الكوكب وتضخيم التقلبات الجليدية والجليدية6. وهذا يوفر خط أساس جيولوجي يكشف عن الإيقاع الطبيعي لمناخ الأرض، مع التركيز على اتجاه التبريد على المدى الطويل الذي يتناقض بشكل صارخ مع التوقعات المناخية المستقبلية. تقديرات درجة الحرارة المستقبلية هي متوسط قيم نتائج 20 نموذجا مناخيا تحت تأثيرات مسار الكربون التمثيلي 8.5 (RCP 8.5 ؛ سيناريو مع تأثير إشعاعي قدره 8.5 واط / م2 في عام 2100) للموقع نيويورك ، نيويورك7. يمثل RCP 8.5 أسوأ سيناريو للانبعاثات المستمرة مما يؤدي إلى زيادة 3.7 درجة مئوية في متوسط درجة الحرارة العالمية بحلول عام 21008. وبالتالي ، توضح هذه المقالة وسيلة لمقارنة التوقعات المستقبلية بالبيانات الجيولوجية لمقارنة معدلات تغير المناخ وتقلب المناخ.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تشغيل التصورات الموجودة

  1. قم بتنزيل برنامج الترميز والتصور (انظر جدول المواد).
    1. قم بتنزيل البيانات والرمز. تستخدم هذه المقالة "درجات عدم اليقين" مع بيانات من Marcks et al.4 و Cartagena-Sierra et al.5 على نموذج العمر من Starr et al.9.
      ملاحظة: تحتوي "درجات عدم اليقين" على خمسة ملفات ترميز، ملف الترميز التكميلي 1، وملف الترميز التكميلي 2، وملف الترميز التكميلي 3، وملف الترميز التكميلي 4، وملف الترميز التكميلي 5، مع محتويات تتعلق بكل فترة زمنية من التصور (MPT 1 و MPT 2 و MPT 3 و MPT 4 و Future على التوالي). يحتوي كل منها على مكتبات ترميز10 تستخدم للتصورات بالإضافة إلى مجلدات "البرنامج النصي" التي تحتوي على البيانات التي تم تنزيلها بتنسيق .csv ، والتعليمات البرمجية المستخدمة لإنشاء مرئيات "جسيمات.js" ، وملف فهرس "فهرس.html" يربط جميع البيانات والتعليمات البرمجية ذات الصلة معا.
  2. افتح برنامج تحرير التعليمات البرمجية من "درجات عدم اليقين".
  3. اسحب ملفا (MPT 1 أو MPT 2 أو MPT 3 أو MPT 4) إلى محرر التعليمات البرمجية لتصوره.
    1. تظهر الملفات في قائمة EXPLORER على الجانب الأيسر من النافذة. تحقق من إجراء تصور البيانات من مجلد "المستقبل" في الخطوة 1.7.
  4. في قائمة EXPLORER ، انقر فوق المجلد (MPT 1 أو MPT 2 أو MPT 3 أو MPT 4) للكشف عن قائمة منسدلة ، وانقر فوق البرنامج النصي ، ثم انقر فوق index.html.
    ملاحظة: يظهر الرمز على الجانب الأيمن من النافذة.
  5. انقر بزر الماوس الأيسر فوق جزء النافذة الذي يحتوي على رمز "index.html" وحدد فتح باستخدام الخادم المباشر من القائمة.
    ملاحظة: تفتح نافذة مستعرض إنترنت وتبدأ في تشغيل المرئيات.
  6. قد يكون إغلاق محرر التعليمات البرمجية وإعادة فتحه ضروريا بين المرئيات عند تحميل مرئي من مجموعة فرعية مختلفة من الوقت. كرر الخطوات من 1.4 إلى 1.6 لكل مجموعة فرعية من الوقت.
  7. لعرض التصور بناء على التوقعات المستقبلية ، افتح مجلد "المستقبل" على الكمبيوتر واسحب مجلد "التراكم" أو "الانتقال" إلى محرر التعليمات البرمجية. يتم وصف الفرق بين الرسوم المتحركة في قسم النتائج.
  8. حدد اسم المجلد في نافذة EXPLORER وانقر فوق index.html. انقر بزر الماوس الأيسر فوق جزء النافذة الذي يحتوي على رمز "index.html" وحدد فتح باستخدام الخادم المباشر من القائمة.
    ملاحظة: تفتح نافذة مستعرض الإنترنت وتبدأ في تشغيل المرئيات، والتي يمكن حفظها محليا على جهاز كمبيوتر عن طريق تسجيل الشاشة.

2. تحرير التصورات

ملاحظة: لتحرير المرئيات ، اتبع الخطوات من 1.1 إلى 1.4 أعلاه ، حسب الضرورة ، لتحميل البيانات ذات الصلة.

  1. حدد المجلد الذي يهمك في نافذة EXPLORER لمحرر التعليمات البرمجية وافتح ملف البرنامج النصي الرئيسي بالنقر فوق رسم .js.
    ملاحظة: يحتوي ملف "الرسم.js" في MPT 1 (ملف الترميز التكميلي 1) على التعليقات التوضيحية الأكثر تفصيلا ؛ وبالتالي ، قد يكون هذا الملف هو الأكثر فائدة للتعرف على الكود.
    1. يظهر الرمز على الجانب الأيمن من نافذة محرر التعليمات البرمجية. قم بإجراء أي تعديلات على معلمات التصور داخل هذه التعليمة البرمجية. ابحث عن التعليقات التوضيحية للرمز مع أوصاف مفصلة للرمز ووظيفته بعد الشرطة المائلة المزدوجة "//" وتحديدها أيضا بنص أخضر (الشكل التكميلي 1).
    2. حدد المتغيرات التي سيتم ربطها بالبيانات أو استخدامها لتخصيص المعلمات المرئية (الشكل التكميلي 1).
    3. قم بتحميل البيانات في مساحة العمل (الشكل التكميلي 2).
    4. تحديد المعلمات المرئية للقماش. استخدام حلقة "for" لربط البيانات بخصائص محددة ؛ هنا ، يرتبط الحجم بقيمة نظير النيتروجين "d15N" (الشكل التكميلي 3).
    5. استخدم حلقة for لتحديد طول الذيل لكل جرم سماوي. يشير الذيل إلى طول الفترة الزمنية التي تظل فيها الأجرام السماوية على الشاشة بعد ظهورها ، مما يخلق تراكما للون مع تقدم الصورة (الشكل التكميلي 4).
      ملاحظة: هنا ، يتم قياس طول الذيل إلى معدل تراكم الألكينونات c37.
    6. أخيرا ، ارسم الرسوم المتحركة ، بتطبيق خوارزمية Perlin Noise11 لتحديد شكل المرئيات (الشكل التكميلي 5).
      ملاحظة: هنا ، يتم استخدام دائرة كشكل أساسي مع تطبيق ضوضاء على النقاط على طول محيط الدائرة. سيؤدي ذلك إلى "تذبذب" حدود الدائرة ، مما ينتج عنه شكل عضوي يشبه الجرم السماوي ينحرف عن الدائرة بمقدار محدد بواسطة أمر "التذبذب".
    7. قم بتحرير التعليمات البرمجية حسب الضرورة باستخدام التعليقات التوضيحية للمساعدة في التعديلات.

3. حفظ التعديلات

  1. احفظ التعديلات بالضغط على مفتاحي الأوامر و S في نفس الوقت.
  2. اعرض العناصر المرئية المحدثة بالانتقال إلى ملف "index.html" في نافذة EXPLORER ، والنقر بزر الماوس الأيسر ، وتحديد فتح باستخدام الخادم المباشر من القائمة.
    ملاحظة: تفتح نافذة مستعرض الإنترنت وتبدأ في تشغيل المرئيات ، والتي يمكن حفظها محليا على الكمبيوتر عن طريق تسجيل الشاشة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ينتج هذا العمل ستة تصورات تقابل خمس فترات زمنية جيولوجية فريدة ، مع تحجيم الجوانب المرئية إلى البيانات الكمية إما مقاسة على رواسب أعماق البحار (الشكل 1 ، الشكل 2 ، الشكل 3 ، الشكل 4 ، الفيديو 1 ، الفيديو 2 ، الفيديو 3 ، والفيديو 4) أو على غرار سيناريوهات RCP للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (IPCC) (الشكل 5 ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يسلط هذا العمل الضوء على فائدة الفن التوليدي لغرض التواصل العلمي. يمكن استخدام سير العمل لترجمة البيانات الموجودة إلى عناصر داخل رسم متحرك. في حين أن مخرجات الرسوم المتحركة من هذا العمل فريدة من نوعها من حيث أنه في كل مرة يتم فيها تشغيل الكود يتم إنشاء نسخة مختلفة من الرسوم المتحركة ، يتم تحجيم العناصر المرئية إلى بيانات النموذج الجيوكيميائي والمناخي. وبالتالي ، تظل عناصر مثل اللون والسرعة والحجم ثابتة ، طالما ظلت بيانات الإدخال كما هي. وهذا يسمح أيضا بإجراء مقارنة مباشرة لهذه العناصر المرئية لاستخلاص استنتاجات حول البيا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقر المؤلفون بعدم وجود تضارب معروف في المصالح في هذا الوقت

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نود أن نعترف بالدعم الذي تلقيناه من جورجيا رودس وستيوارت كوبلاند في بداية هذا المشروع - كان تشجيعهم وإرشادهم ضروريا لنجاحنا. نود أيضا تسليط الضوء على فائدة https://p5js.org/reference/ كمورد في تعلم البرمجة في JavaScript. تستند هذه المادة إلى العمل المدعوم جزئيا من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم بموجب اتفاقية EPSCoR التعاونية #OIA-1655221 وبرنامج Vis-a-Thon الخاص بهم ومنحة بحر رود آيلاند [NA23OAR4170086].

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
حاملUlineH-1450SILTelescoping الحامل لعقد لوحة رغوة الأساسية
لوحة ملصق الرغوةRoyal Brites# 753064أساسية رغوية تستخدم كلوحة قماشية لإسقاط
Live ServerMicrosoft ؛ الناشر: Ritwick Deyالإصدار 5.7.9ملحق البرنامج ل Visual Studio Code الذي يسمح بعرض الرسوم المتحركة في نافذة المتصفح. تم التنزيل على: https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=ritwickdey.LiveServer
Throw ProjectorOptoma796435814076أي جهاز عرض نموذجي يعمل على سطح الإسقاط / المسافة المطلوبة 
Visual Studio Codeالإصدار1.74 من Microsoft لبرنامج MAC OSلتحرير التعليمات البرمجية وتنفيذها. تم التنزيل في : https://code.visualstudio.com/
لوحة

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Anadol, R. efik Refik Anadol. , Refik Anadol Studio, LLC. refikanadol.com/information/ (2023).
  2. Lieberman, Z. Paint with your Feet. , YesYesNo. www.yesyesno.com/nike-collab-paint-with-your-feet (2011).
  3. Moore, F. C., Obradovich, N., Lehner, F., Baylis, P. Rapidly declining remarkability of temperature anomalies may obscure public perception of climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (11), 4905-4910 (2019).
  4. Marcks, B. A. δ15N in planktonic foraminifera species G. bulloides and G. inflata from IODP Site 361-U1475. [Dataset]. PANGAEA. , (2022).
  5. Cartagena-Sierra, A. Latitudinal migrations of the subtropical front at the Agulhas plateau through the mid-Pleistocene transition. Paleoceanography and Paleoclimatology. 36 (7), e2020PA004084(2021).
  6. Ford, H. L., Chalk, T. B. The mid-Pleistocene enigma. Oceanography. 33 (2), 101-103 (2020).
  7. U.S. Climate Resilience Toolkit Climate Explorer. , U.S. Federal Government. Available from: https://crt-climate-explorer.nemac.org/ (2021).
  8. Stocker, T. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. , Cambridge University Press. Cambridge. 1535(2013).
  9. Starr, A., et al. Antarctic icebergs reorganize ocean circulation during Pleistocene glacials. Nature. 589 (7841), 236-241 (2021).
  10. Li, Q., McCarthy, L. L. P5.js. , p5js.org/ (2023).
  11. Perlin, K. Improving noise. Proceedings of the 29th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques. , 681-682 (2002).
  12. Lisiecki, L. E., Raymo, M. E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography. 20 (1), PA1003(2005).
  13. Robinson, R. S. Insights from fossil-bound nitrogen isotopes in diatoms, foraminifera, and corals. Annual Review of Marine Science. 15, 407-430 (2023).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة