Summary
هنا ، يتم تقديم بروتوكول لتصور البيانات المناخية كفن توليدي.
Abstract
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.
Introduction
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تشغيل التصورات الموجودة
- قم بتنزيل برنامج الترميز والتصور (انظر جدول المواد).
- 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.
- 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.
- افتح برنامج تحرير التعليمات البرمجية من "درجات عدم اليقين".
- اسحب ملفا (MPT 1 أو MPT 2 أو MPT 3 أو MPT 4) إلى محرر التعليمات البرمجية لتصوره.
- تظهر الملفات في قائمة EXPLORER على الجانب الأيسر من النافذة. تحقق من إجراء تصور البيانات من مجلد "المستقبل" في الخطوة 1.7.
- 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. - 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. - 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.
- 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.
- 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.
- 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.- 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).
- حدد المتغيرات التي سيتم ربطها بالبيانات أو استخدامها لتخصيص المعلمات المرئية (الشكل التكميلي 1).
- قم بتحميل البيانات في مساحة العمل (الشكل التكميلي 2).
- تحديد المعلمات المرئية للقماش. استخدام حلقة "for" لربط البيانات بخصائص محددة ؛ هنا ، يرتبط الحجم بقيمة نظير النيتروجين "d15N" (الشكل التكميلي 3).
- 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. - 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". - قم بتحرير التعليمات البرمجية حسب الضرورة باستخدام التعليقات التوضيحية للمساعدة في التعديلات.
3. حفظ التعديلات
- احفظ التعديلات بالضغط على مفتاحي الأوامر و S في نفس الوقت.
- 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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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 والشكل 6). كل تصور فريد وتوليدي ، مما يعني أن نفس بيانات الإدخال تنتج مخرجات مرئية مختلفة قليلا في كل مرة يتم فيها تشغيل الكود بسبب التوزيع العشوائي للمتغيرات مثل مسار الجسيمات وحدود الشكل. في كل تصور ، يتم تطبيق الأجرام السماوية التي تم إنشاؤها من خوارزمية Perlin Noise على النقاط حول دائرة عبر خلفية سوداء مع ذيول شبه شفافة تسجل مساراتها. تستمر الأجرام السماوية في التحرك عبر الشاشة إلى أجل غير مسمى ، مما يؤدي في النهاية إلى تراكم الألوان فوق الخلفية السوداء.
في الشكل 1 والشكل 2 والشكل 3 والشكل 4 ، التي تم إنشاؤها من الكود في MPT 1-4 (ملف الترميز التكميلي 1 ، ملف الترميز التكميلي 2 ، ملف الترميز التكميلي 3 ، وملف الترميز التكميلي 4) ، يتم قياس عناصر مثل اللون والحجم والسرعة كميا لتقديرات درجة حرارة سطح البحر ، وتكوين نظير النيتروجين ، ومعدل تغير المناخ بناء على القياسات الجيوكيميائية لرواسب أعماق البحار. يتراوح اللون من الأزرق إلى الأحمر ، مع أبرد الفواصل الزمنية التي تتميز بأكبر وفرة من الأجرام السماوية الزرقاء وأدفأ الفواصل الزمنية التي تهيمن عليها الأجرام السماوية الحمراء5. يتم تحقيق ذلك عن طريق تغيير القيمة الرقمية للأحمر في قيم الألوان الأحمر والأخضر والأزرق (RGB) ، بينما تظل قيم الأخضر والأزرق ثابتة. تتراوح القيمة الحمراء بين 0-200 اعتمادا على تقديرات درجة حرارة سطح البحر ، مع ارتفاع درجات الحرارة المقابلة لقيمة حمراء أكبر. يتم قياس حجم كل جرم سماوي إلى التركيب النظيري للنيتروجين من المنخربات العوالق ، والتي ترتبط بكمية العناصر الغذائية والكربون الذي تستهلكه العوالق النباتية4. يتراوح حجم كل جرم سماوي بين 1-10 ، مع أحجام أكبر تتوافق مع قيم نظائر النيتروجين الأعلى. يتم قياس سرعة كل جرم سماوي أثناء تحركه عبر الشاشة وفقا لمعدل تغير المناخ ، ويقدر بعدد الفترات الجليدية والجليدية خلال فترة زمنية مقسومة على عدد السنوات التي يمتد فيها كل فاصل زمني ، مع الحدود الجليدية والجليدية كما هو محدد في Lisiecki و Raymo11.
الشكل 5 والشكل 6 (الفيديو 5 والفيديو 6) تنشأ من توقعات متوسط درجات الحرارة السنوية لنيويورك ، نيويورك7. تم اختيار موقع نيويورك لأنها أقرب مدينة تتوفر فيها بيانات عن موقع تركيب الإسقاط. يقيس كل من الشكل 5 (الفيديو 5) والشكل 6 (الفيديو 6) اللون إلى تقديرات درجة الحرارة ، مع درجات حرارة أكثر برودة تتميز بقيم خضراء أكبر في الرمز العشري RGB ، بينما تظل قيم اللونين الأحمر والأزرق ثابتة ، مما يؤدي إلى مزيد من اللون البرتقالي. تعتمد الرسوم المتحركة المستقبلية على توليد أرقام عشوائية لتحديد حجم وسرعة كل جرم سماوي ، حيث أن هذه المعلمات مطلوبة لإنشاء هذه التصورات ، لكن القيم الرقمية المقابلة تظل غير مؤكدة في التوقعات المستقبلية. الشكل 5 (الفيديو 5) ، الذي تم إنشاؤه باستخدام رمز "التراكم" ، هو رسم متحرك مشابه لمرئيات MPT ؛ الأجرام السماوية لها ذيول شبه شفافة ، وتؤدي الحركة المستمرة للأجرام السماوية عبر اللوحة إلى تراكم اللون. الشكل 6 (الفيديو 6) ، الذي تم إنشاؤه باستخدام رمز "الانتقال" ، هو مرئي أكثر بساطة بدون ذيول ، وبدلا من ذلك يظهر فقط الخطوط العريضة للأجرام السماوية التي تتحرك عبر خلفية سوداء.
يسمح تنسيق المنتج بتخصيص البيانات وعرضها بعدة طرق. تستخدم تسجيلات الشاشة للرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها باستخدام هذا الرمز لإنشاء معارض اتصال علمي غامرة ببساطة عن طريق توصيل جهاز كمبيوتر أو كمبيوتر محمول بجهاز عرض وإعداد مساحة عرض مناسبة. يتم إنشاء معارض غامرة وتفاعلية من خلال تنظيم معرض به العديد من أجهزة العرض ، والحامل ، وألواح الرغوة ، وطاولة جانبية مع مجهر ، وطين في أعماق البحار ، وأحافير دقيقة للضيوف لفحصها (الشكل 7 والشكل 8). يسمح هذا المعرض بالتدفق الاتجاهي لحركة السير على الأقدام ، حيث يدخل الزوار غرفة بها أربعة ألواح رغوية مدعومة بالحامل. تعمل كل لوحة كلوحة قماشية لعرض إحدى صور MPT 4,5 (الشكل 7). عندما يدخل المشاهد إلى الغرفة ، خارج إسقاطات MPT ، يعرض جهاز عرض آخر مرئيات المستقبل عبر جدران وأرضية المعرض ، ويدعو المشاهد إلى "السير في المستقبل" (الشكل 8). ما وراء الإسقاط المستقبلي ، تم إعداد طاولة مع مجهر تشريح ، وشرائح مجهرية تحتوي على العوالق الأحفورية ورواسب أعماق البحار ، ومعلومات تشرح كيفية استخدام العلماء لطين أعماق البحار لفهم المناخ السابق وتحسين التوقعات المناخية المستقبلية. في نهاية المطاف ، يحول هذا العمل جداول بيانات البيانات الأوقيانوغرافية والمناخية إلى رسومات تعمل كأساس لتركيب غامر ، ويدعو الجمهور إلى السير عبر الزمن الجيولوجي ومشاهدة تغير المناخ لدينا بسبب الدوافع الطبيعية والبشرية.
الشكل 1: الصورة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 1. يوضح هذا الجزء الزمني الأقدم (~ 1.2-1.118 مليون سنة مضت) قبل الإطالة الجليدية بين الجليدية والتبريد الجليدي. تمثل الأجرام السماوية قيما فريدة للبيانات ، حيث يتم قياس قيم ألوان RGB إلى تقديرات درجة حرارة سطح البحر القائمة على الألكينون5 ، ويزداد الحجم كدالة للتكوين النظيري للنيتروجين في المنخربة4 ، والتي ترتبط بقدرة المنتجين الأوليين في المحيط على امتصاص الكربون في موقع IODP U1475. هذه صورة ثابتة مأخوذة من الفيديو 1. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: صورة تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 2. يوضح هذا الجزء الثاني الأقدم من الوقت (~ 1.112-1.06 مليون سنة مضت) ، والذي يسبق مباشرة الإطالة الجليدية بين الجليدية والتبريد الجليدي. تمثل الأجرام السماوية قيما فريدة للبيانات ، حيث يتم قياس قيم ألوان RGB إلى تقديرات درجة حرارة سطح البحر القائمة على الألكينون5 ، ويزداد الحجم كدالة للتكوين النظيري للنيتروجين في المنخربة4 ، والتي ترتبط بقدرة المنتجين الأوليين في المحيط على امتصاص الكربون في موقع IODP U1475. هذه صورة ثابتة مأخوذة من الفيديو 2. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: الصورة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 3. يوضح هذا الجزء الثاني الأخير من الوقت ، عندما تطول الدورات الجليدية بين الجليدية (~ 1.06 مليون إلى 900000 سنة مضت). تمثل الأجرام السماوية قيما فريدة للبيانات ، حيث يتم قياس قيم ألوان RGB إلى تقديرات درجة حرارة سطح البحر القائمة على الألكينون5 ، ويزداد الحجم كدالة للتكوين النظيري للنيتروجين في المنخربة4 ، والتي ترتبط بقدرة المنتجين الأوليين في المحيط على امتصاص الكربون في موقع IODP U1475. هذه صورة ثابتة مأخوذة من الفيديو 3. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: الصورة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 4. يوضح هذا الجزء الأحدث من الوقت ، عندما كانت الدورات الجليدية الأطول أكثر رسوخا (~ 900000-600000 سنة مضت). تمثل الأجرام السماوية قيما فريدة للبيانات ، حيث يتم قياس قيم ألوان RGB إلى تقديرات درجة حرارة سطح البحر القائمة على الألكينون5 ، ويزداد الحجم كدالة للتكوين النظيري للنيتروجين في المنخربة4 ، والتي ترتبط بقدرة المنتجين الأوليين في المحيط على امتصاص الكربون في موقع IODP U1475. هذه صورة ثابتة مأخوذة من الفيديو 4. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: صورة التراكم الناتجة عن البيانات والتعليمات البرمجية المستقبلية. يوضح هذا إسقاطا نموذجيا للاحترار البشري المنشأ في المستقبل استنادا إلى تقديرات درجة الحرارة لمتوسطات نموذج RCP 8.5 لنيويورك ، نيويورك7. يتم اختيار الحجم والسرعة بشكل عشوائي حيث أن قدرة المنتجين الأساسيين في المحيط على امتصاص الكربون ، ومعدل تغير المناخ غير مؤكد. هذه صورة ثابتة مأخوذة من الفيديو 5. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: صورة الانتقال التي تم إنشاؤها من البيانات والتعليمات البرمجية المستقبلية. يوضح هذا إسقاطا نموذجيا للاحترار البشري المنشأ في المستقبل استنادا إلى تقديرات درجة الحرارة لمتوسطات نموذج RCP 8.5 لنيويورك ، نيويورك7. يتم اختيار الحجم والسرعة بشكل عشوائي حيث أن قدرة المنتجين الأساسيين في المحيط على امتصاص الكربون ، ومعدل تغير المناخ غير مؤكد. هذه صورة ثابتة مأخوذة من الفيديو 6. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: صورة لتثبيت الإسقاط المكون من أربع لوحات حيث يتم عرض بيانات MPT خلف عارض وجدول معلومات مضاء. يعرض هذا جزءا من التثبيت ، حيث يدخل العارض الغرفة حيث يتم تقديم أقدم بيانات MPT. يتم عرض الفيديو1 والفيديو 2 والفيديو 3 والفيديو4 بشكل فردي على كل لوحة ، بالترتيب من اليسار إلى اليمين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: صورة لإسقاط الجدار الغامر. يظهر هذا المشاهدين وهم يسيرون عبر رسوم متحركة لتقديرات درجة الحرارة المستقبلية من متوسطات طراز RCP 8.5 لنيويورك ، نيويورك7. في هذه الرسوم المتحركة (الفيديو 5) ، تمت زيادة قيمة اللون الأخضر RGB بشكل كبير ، مما أدى إلى ظهور صورة بلون أصفر أكثر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
فيديو 1: الرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 1. يعرض هذا مقطع فيديو مسجلا على الشاشة للرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 1. هذا يتوافق مع أقدم جزء زمني (~ 1.2-1.118 مليون سنة مضت) قبل الإطالة الجليدية بين الجليدية والتبريد الجليدي. تمثل الأجرام السماوية قيم بيانات فريدة حيث يتم تحجيم قيم ألوان RGB إلى تقديرات درجة حرارة سطح البحر القائمة على الألكينون5 ، ويزداد الحجم كدالة للتكوين النظيري للنيتروجين في المنخربة4 ، والتي ترتبط بقدرة المنتجين الأوليين في المحيط على امتصاص الكربون في موقع IODP U1475. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الفيديو.
فيديو 2: الرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 2. يعرض هذا مقطع فيديو مسجلا على الشاشة للرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 2. هذا يتوافق مع ثاني أقدم جزء من الوقت (~ 1.112-1.06 مليون سنة مضت) ، والذي يسبق مباشرة الإطالة الجليدية بين الجليدية والتبريد الجليدي. تمثل الأجرام السماوية قيما فريدة للبيانات ، حيث يتم قياس قيم ألوان RGB إلى تقديرات درجة حرارة سطح البحر القائمة على الألكينون5 ، ويزداد الحجم كدالة للتكوين النظيري للنيتروجين في المنخربة4 ، والتي ترتبط بقدرة المنتجين الأوليين في المحيط على امتصاص الكربون في موقع IODP U1475. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الفيديو.
فيديو 3: الرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 3. يعرض هذا مقطع فيديو مسجلا على الشاشة للرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 3. هذا يتوافق مع الجزء الثاني الأخير من الوقت ، عندما تطول الدورات الجليدية بين الجليدية (~ 1.06 مليون إلى 900000 سنة مضت). تمثل الأجرام السماوية قيما فريدة للبيانات ، حيث يتم قياس قيم ألوان RGB إلى تقديرات درجة حرارة سطح البحر القائمة على الألكينون5 ، ويزداد الحجم كدالة للتكوين النظيري للنيتروجين في المنخربة4 ، والتي ترتبط بقدرة المنتجين الأوليين في المحيط على امتصاص الكربون في موقع IODP U1475. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الفيديو.
فيديو 4: الرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 4. يعرض هذا مقطع فيديو مسجلا على الشاشة للرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات ورمز MPT 4. يتوافق هذا مع أحدث جزء من الوقت ، عندما كانت الدورات الجليدية الأطول أكثر رسوخا (~ 900000-600000 سنة مضت). تمثل الأجرام السماوية قيما فريدة للبيانات ، حيث يتم قياس قيم ألوان RGB إلى تقديرات درجة حرارة سطح البحر القائمة على الألكينون5 ، ويزداد الحجم كدالة للتكوين النظيري للنيتروجين في المنخربة4 ، والتي ترتبط بقدرة المنتجين الأوليين في المحيط على امتصاص الكربون في موقع IODP U1475. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الفيديو.
فيديو 5: الرسوم المتحركة للتراكم التي تم إنشاؤها من البيانات والتعليمات البرمجية المستقبلية. يعرض هذا مقطع فيديو مسجلا على الشاشة للرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات وتعليمات برمجية مستقبلية. يتم تحجيم اللون إلى إسقاط نموذجي للاحترار البشري المنشأ في المستقبل بناء على تقديرات درجة الحرارة لمتوسطات نموذج RCP 8.5 لنيويورك ، نيويورك7. يتم اختيار الحجم والسرعة بشكل عشوائي حيث أن قدرة المنتجين الأساسيين في المحيط على امتصاص الكربون ، ومعدل تغير المناخ غير مؤكد. يسمح بالذيل في الكود ، مما يؤدي إلى تراكم اللون. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الفيديو.
فيديو 6: حركة انتقالية تم إنشاؤها من بيانات وتعليمات برمجية مستقبلية. يعرض هذا مقطع فيديو مسجلا على الشاشة للرسوم المتحركة التي تم إنشاؤها من بيانات وتعليمات برمجية مستقبلية. يتم تحجيم اللون إلى إسقاط نموذجي للاحترار البشري المنشأ في المستقبل بناء على تقديرات درجة الحرارة لمتوسطات نموذج RCP 8.5 لنيويورك ، نيويورك7. يتم اختيار الحجم والسرعة بشكل عشوائي حيث أن قدرة المنتجين الأساسيين في المحيط على امتصاص الكربون ، ومعدل تغير المناخ غير مؤكد. لا يسمح بالذيل في الكود ، مما يؤدي إلى عدم تراكم اللون. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الفيديو.
الشكل التكميلي 1: صورة لبرامج الترميز والمتغيرات التي تحدد الكود والتي سيتم ربطها بالبيانات أو استخدامها لتخصيص المعلمات المرئية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 2: صورة لبرنامج الترميز والرمز الذي يقوم بتحميل البيانات في مساحة العمل. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 3: صورة لبرنامج الترميز والكود الذي يحدد المعلمات المرئية للقماش ويطبق حلقة for لربط البيانات بخصائص بصرية محددة. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 4: صورة لبرنامج الترميز والرمز الذي يطبق حلقة for لتحديد طول الذيل لكل جرم سماوي. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 5: صورة لبرنامج الترميز والرمز الذي يرسم الرسوم المتحركة ، وتطبيق خوارزمية ضوضاء بيرلين لتحديد شكل وحركة المرئيات. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 1: "درجات عدم اليقين_MPT 1. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 2: "درجات عدم اليقين" _MPT 2. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 3: "درجات عدم اليقين" _MPT 3. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 4: "درجات عدم اليقين" _MPT 4. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 5: "درجات عدم اليقين" _Future. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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 البيانات.
تستخدم القياسات الجيوكيميائية من رواسب أعماق المحيطات وتقديرات النماذج للاحترار البشري المنشأ في المستقبل ضمن خوارزمية Perlin Noise11 وتحويلها إلى منشآت غامرة. تعمل الرسوم المتحركة الناتجة عن بيانات علم المحيطات القديمة كخط أساس للمقارنة لتقديرات النموذج لدرجات الحرارة المستقبلية. رواسب أعماق المحيطات هي أرشيف للمناخ الماضي ومورد لا يقدر بثمن لفهم النظام المناخي12,13. يتم إنشاء المرئيات باستخدام خوارزمية Perlin Noise ، التي تم اختيارها لقدرتها على تحريك حدود الأشكال التي تم إنشاؤها بسلاسة. هنا ، يتم تطبيق خوارزمية Perlin Noise على النقاط التي تحدد الدائرة ، مما يؤدي في النهاية إلى إنشاء شكل عضوي يتحرك بسلاسة عبر الخلفية. يتم اختيار الدائرة بسبب تشابهها في الشكل مع المقطع العرضي لقلب الرواسب ، وكذلك التشابه مع الخلية بمجرد إضافة الضوضاء إلى المخطط التفصيلي. وهذا يولد أشكالا عضوية تمس طبيعة هذه السجلات الجيوكيميائية لأنها تأتي من المنتجين الأساسيين البحريين ، أو الكائنات الحية الصغيرة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي وتستهلك المغذيات والكربون في المحيط13. تعمل هذه الكائنات الحية على تغيير المناخ العالمي من خلال استهلاك الكربون وتسجيل التغيرات السابقة في المحيط من خلال الحفاظ على الإشارات المناخية في التركيب الكيميائي لأصدافها ، والتي يتم حفظها في رواسب المحيطات. تخلق طبقات الأشكال ، أو الأجرام السماوية ، في كل صورة تراكما للألوان داخل الرسوم المتحركة وتلمح إلى الحفاظ على هذه السجلات الأوقيانوغرافية القديمة ، والتي يتم الحفاظ عليها من خلال طبقات الرواسب داخل أحواض المحيطات ، مما يزيد من ربط المرئيات بالعمليات الجيولوجية.
يستخدم الرمز العشري الأحمر والأخضر والأزرق (RGB) لقياس اللون كميا مع تقديرات درجة الحرارة من المنتجين الأساسيين البحريين الذين يتم قياسهم على الألكينونات ، أو سلاسل الكربون الطويلة التي يختلف هيكلها مع درجة الحرارة5. في هذه الصور ، تشير الألوان الحمراء والبرتقالية إلى درجات حرارة أكثر دفئا. يتم استخدام ألوان مختلفة في قياس البيانات الجيوكيميائية والتوقعات المستقبلية لأن البيانات المستخدمة هنا ليست ذات صلة مباشرة (بسبب طبيعة بيانات الإسقاط المتاحة والمناطق التي تهم المؤلفين). في التكرارات المستقبلية ، يمكن تغيير حجم اللون بشكل مشابه بين جميع الرسوم المتحركة للسماح بالمقارنة المباشرة للبيانات.
يتم تحديد سرعة الأجرام السماوية من خلال المعدل النسبي لتغير المناخ ، ويقدر بأنه عدد المراحل الجليدية أو بين الجليدية مقسوما على الوقت بالسنوات. يتم حساب ذلك عن طريق حساب عدد الفترات الجليدية أو بين الجليدية في كل فترة زمنية ، مع تحديد كل فترة بواسطة Lisiecki و Raymo12. تتميز التوقعات المستقبلية (الشكل 5 والشكل 6) بسرعات عشوائية لأنها لا تغطي دورة جليدية أو بين جليدية كاملة وتعكس انحرافا كبيرا عن الإيقاع الطبيعي لمناخ الأرض. وفي الوقت نفسه ، فإن التوزيع العشوائي للبيانات غير واضح في المرئيات وربما يخدم أكثر كخطوة ضرورية لضمان إمكانية إجراء صورة مرئية حتى في حالة عدم وجود بيانات ، بدلا من أن تكون رمزا مهما لعدم اليقين للمشاهد. هناك بالتأكيد مجال للتجربة في التكرارات المستقبلية حول كيفية نقل عدم اليقين بأشكال أكثر تأثيرا ، لأن عدم اليقين ليس تافها في القدرة على فهم المناخ في المستقبل.
ويعتمد حجم الأجرام السماوية على التركيب النظيري للنيتروجين للعوالق الأحفورية، وهو بديل لامتصاص المغذيات والكربون من جانب المنتجين الأوليين، مما قد يؤدي إلى تفاقم تغير المناخ أو التخفيف من حدته؛ تم اختياره لأنه يمثل رابطا بين علم الأحياء والمناخ العالمي13. لا يزال من غير المؤكد إلى أي مدى يمكن أن تكون البيولوجيا قادرة على تعويض الارتفاعات المستقبلية في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، ولكن دمج هذه البيانات في المرئيات بمثابة تذكير بتعقيد النظام المناخي وتقاطع علم الأحياء والجيولوجيا. على غرار سرعة الأجرام السماوية ، في التوقعات المستقبلية ، لا توجد بيانات لهذا المقياس ، وبالتالي يتم استخدام السرعات العشوائية في غياب البيانات. وقد تحل تكرارات أخرى لهذا العمل محل التركيب النظيري للنيتروجين للمنخربات بالتركيب النظيري للأكسجين في المنخربات القاعية، الذي يفترض أنه يعكس التغيرات العالمية في درجة الحرارة وحجم الجليد12. على الرغم من التحديات في وضع الرسوم المتحركة في الماضي والمستقبل جنبا إلى جنب ، يسلط هذا العمل الضوء على الاختلافات بين تغير المناخ الطبيعي والبشري المنشأ ويعمل كخطوة أولى مفيدة في إنشاء فن مناخي توليدي.
من أجل دمج الرسوم المتحركة في التجارب الملموسة ، يتم استخدام تقنيات العرض لإنشاء معرض غامر يسير فيه الضيوف عبر الزمن الجيولوجي وفي المستقبل. من المهم ملاحظة أن توقعات درجات الحرارة من سيناريوهات RCP لا ترتبط مباشرة بدرجات حرارة سطح البحر السابقة ، وأن الوكلاء من السجل الجيولوجي غير كاملين ويحملون تحيزاتهم الخاصة. ومع ذلك ، يوفر هذا العمل أساسا لإدراج السجلات الجيوكيميائية في أعماق البحار ومخرجات النماذج المناخية في الفن الحديث ، مع إزالة الحواجز التي تحول دون الدخول إلى علوم المناخ.
يعتمد هذا العمل على الحدس المجرد للجمهور لتمييز الاختلافات بين هذه المجموعات الفرعية المنفصلة من الوقت ، مما يوفر وسيلة جديدة للتعامل مع البيانات العلمية. بدون الاعتماد على النص أو الصوت أو المعرفة الأساسية اللازمة لتفسير البيانات بدقة ، يكتسب المشاهدون إحساسا بحجم ومعدل تغير المناخ من خلال مجموعات فرعية منفصلة من الوقت مع عناصر بسيطة مثل اللون والسرعة التي توجه حدسهم. هذا العمل لا يخلو من القيود. كما ذكر أعلاه ، توجد اختلافات واضحة في توافر البيانات وقابليتها للمقارنة والموقع. على الرغم من أننا قصرنا هذه الرسوم المتحركة على مناطق المؤلف والفترات الزمنية التي تهمه ، يمكن تطبيق هذا البروتوكول بسهولة على البيانات من العديد من المواقع الأخرى ، والتي تمتد على فترات زمنية مختلفة ، ومشاركتها في تنسيقات لم نستكشفها بعد. علاوة على ذلك ، خلال معارض هذه الرسوم المتحركة ، تم مساعدة المشاهدين من خلال الملصقات وعروض المجهر والتفسيرات الشفهية الموجزة التي وفرت السياق الأساسي لفهم الغرض من المعرض. في حين أن هذه الدراسة لم تقيم فعالية هذه الاستراتيجية في التواصل العلمي ، فإن العمل المستقبلي سيستفيد من الدراسات الاستقصائية أو تحليل الدراسات الاجتماعية لتقييم فعالية هذه المرئيات في كل من نقل البيانات المناخية وإثارة فضول الجمهور. على الرغم من هذه القيود ، يوفر هذا الإطار وسيلة لدمج مجموعة واسعة من البيانات الجيولوجية و / أو المناخية في الفن التوليدي الذي يمكن دمجه في الأشكال الرقمية والتفاعلية لغرض توصيل العلوم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يقر المؤلفون بعدم وجود تضارب معروف في المصالح في هذا الوقت
Acknowledgments
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].
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Easel | Uline | H-1450SIL | Telescoping easel to hold foam core board |
| Foam Core Poster Board | Royal Brites | #753064 | Foam core board used as a canvas for projection |
| Live Server | Microsoft; Publisher: Ritwick Dey | Version 5.7.9 | Software extension for Visual Studio Code which allows for viewing of animations in a browser window. Downloaded at: https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=ritwickdey.LiveServer |
| Throw Projector | Optoma | 796435814076 | Any model throw projector which will work for projection surface/distance desired |
| Visual Studio Code | Microsoft | Version 1.74 for MAC OS | Software for code editing and execusion. Downloaded at : https://code.visualstudio.com/ |
References
- Anadol, R. efik Refik Anadol. , Refik Anadol Studio, LLC. refikanadol.com/information/ (2023).
- Lieberman, Z. Paint with your Feet. , YesYesNo. www.yesyesno.com/nike-collab-paint-with-your-feet (2011).
- 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).
- Marcks, B. A. δ15N in planktonic foraminifera species G. bulloides and G. inflata from IODP Site 361-U1475. [Dataset]. PANGAEA. , (2022).
- 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).
- Ford, H. L., Chalk, T. B.
- U.S. Climate Resilience Toolkit Climate Explorer. , U.S. Federal Government. Available from: https://crt-climate-explorer.nemac.org/ (2021).
- 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).
- Starr, A., et al. Antarctic icebergs reorganize ocean circulation during Pleistocene glacials. Nature. 589 (7841), 236-241 (2021).
- Li, Q., McCarthy, L. L. P5.js. , p5js.org/ (2023).
- Perlin, K.
- Lisiecki, L. E., Raymo, M. E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography. 20 (1), PA1003 (2005).
- Robinson, R. S. Insights from fossil-bound nitrogen isotopes in diatoms, foraminifera, and corals. Annual Review of Marine Science. 15, 407-430 (2023).
