Summary
Burada, iklim verilerini üretken sanat olarak görselleştirmek için bir protokol sunulmaktadır.
Abstract
Modern iklimi anlama yeteneği, geçmiş iklim değişkenliğinin temel bir anlayışına ve gezegenin birbirine bağlı geri bildirimlerle stabilize edilme yollarına dayanır. Bu makale, derin deniz çökeltilerinde korunan geçmiş iklim geçişlerinin kayıtlarını sürükleyici bir görselleştirme yoluyla geniş kitlelere çevirmek için benzersiz bir yöntem sunmaktadır. Bu görselleştirme, izleyiciler için sürükleyici bir deneyim yaratmak için buzul ve buzullar arası geçişlerin jeokimyasal kayıtlarını ve gelecekteki antropojenik ısınma için model tahminlerini içeren, onları Dünya tarihinin alt kümeleri arasındaki ince, nüanslı farklılıklarla etkileşime girmeye ve yansıtmaya davet eden bir multimedya enstalasyonudur. Bu çalışma, modern buzul-buzullararası döngüselliğin (~ bir milyon yıl önce) başlangıcından başlayarak, geçmiş iklimi öngörülen gelecekteki antropojenik ısınma için model sonuçlarla karşılaştırarak (2099'a kadar) beş zaman aralığını sergilemektedir. Enstalasyon, bir odadaki farklı yüzeylerde gösterilen, zamanın her bir alt kümesi için bir tane olmak üzere birkaç deneysel projeksiyondan oluşur. İzleyiciler uzayda hareket ettikçe, projeksiyonlar hız, renk, katmanlama ve tekrarlama gibi animasyon yöntemlerini kullanarak farklı iklim geçişleri boyunca yavaşça döner ve bunların tümü gezegenin küresel iklimle ilgili benzersiz davranışını iletmek için bölgeye özgü verilerle üretilir. Bu çalışma, kurulumun merkezinde bir Perlin Gürültüsü algoritması kullanılarak oluşturulan üretken animasyonlarla benzersiz bilimsel veri görselleştirmesi için bir çerçeve sağlar. Deniz yüzeyi sıcaklığı, besin dinamikleri ve iklim değişikliği oranı gibi araştırma değişkenleri, renk, ölçek ve animasyon hızı gibi resmi sonuçları etkiler ve bunların hepsinin manipüle edilmesi ve belirli verilere bağlanması kolaydır. Bu yaklaşım aynı zamanda verileri çevrimiçi yayımlama olanağına olanak tanır ve görsel parametreleri çok çeşitli nicel ve nitel verilere ölçeklendirmek için bir mekanizma sağlar.
Introduction
Üretici sanat ve burada kullanılan yöntemler, verilerin bütünlüğünü korurken nicel verilerin animasyonlara doğrudan çevrilmesine izin verir. Sanatçılar uzay ve zaman algılarını keşfetmek için üretken sanatı kullanırlar1,2, ancak üretken sanat henüz mekansal veya zamansal bilimsel verilerle yaygın olarak kullanılmamaktadır. Burada sunulan çalışma, iklim verilerini sergilemek için üretken görsel ürünler kullanmak için basit bir çerçeve sunmaktadır. Bu ürünler, ister yüz yüze sergiler oluşturmak için ister bir sunum veya çevrimiçi yayın için görsel bir yardım olarak kullanılsın, yaygın olarak uygulanabilir.
Renk, şekil, boyut ve hız gibi öğeleri ölçeklendirmek için jeokimyasal ölçümlerin veya tahminlerin kullanılması, izleyicinin bir makaleyi okumasına, bir grafiği yorumlamasına veya bir veri tablosuna bakmasına gerek kalmadan değişim oranlarını ve büyüklüklerini görsel olarak iletmenin bir yolunu sağlar. Alternatif olarak, seçilen değişkenlerin randomizasyonu, gelecekteki projeksiyonlarda olduğu gibi, veri eksikliğini veya belirsizliği iletmek için kullanılır. Jeolojik geçmiş ve geleceğin yan yana gelmesi, belki de bu ürünlerin bilim iletişim araçları olarak etkinliğinin ayrılmaz bir parçasıdır. Son deneyimler genellikle modern iklim değişikliği için karşılaştırmanın temeli olarak hizmet eder ve antropojenik iklim değişikliğinin büyüklüğünü kavramayı zorlaştırır3.
Bu makalede görselleştirilen jeokimyasal ölçümler, Pleistosen geçişinin ortalarını (MPT; 1.2 milyon ila 600.000 yıl önce) kapsamaktadır ve Uluslararası Okyanus Keşif Programı Sitesi U1475 4,5'ten Güney Okyanusu'nun kuzey sınırına yakın değişiklikleri kaydetmektedir. MPT verileri, gezegen soğudukça ve buzul ve buzullar arası değişkenlik arttıkça okyanus koşullarındaki değişiklikleri vurgulayan dört animasyonda sunulmaktadır6. Bu, Dünya'nın ikliminin doğal ritmini ortaya koyan jeolojik bir temel sağlar ve gelecekteki iklim projeksiyonlarına keskin bir şekilde zıt olan uzun vadeli bir soğutma eğilimini vurgular. Gelecekteki sıcaklık tahminleri, New York, NY7 konumu için Temsili Karbon Yolu 8.5 (RCP 8.5; 2100 yılında 8.5 W /m2'lik bir ışınım kuvveti ile senaryo) zorlamaları altındaki 20 iklim modelinin sonuçlarının ortalama değerleridir. RCP 8.5, 21008 yılına kadar ortalama küresel sıcaklıkta 3,7 ° C'lik bir artışla sonuçlanan en kötü sürdürülebilir emisyon senaryosunu temsil eder. Bu nedenle, bu makale, iklim değişikliği oranlarını ve iklim değişkenliğini karşılaştırmak için gelecekteki projeksiyonları jeolojik verilerle karşılaştırmanın bir yolunu göstermektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Mevcut görselleştirmeleri oynatma
- Kodlama ve görselleştirme yazılımını indirin (bkz.
- Verileri ve kodu indirin. Bu makalede, Starr ve ark.9'un yaş modeli üzerine Marcks ve ark.4 ve Cartagena-Sierra ve ark.5'ten elde edilen verilerle 'belirsizlik dereceleri' kullanılmaktadır.
NOT: 'Belirsizlik dereceleri' beş kodlama dosyası içerir: Ek Kodlama Dosyası 1, Ek Kodlama Dosyası 2, Ek Kodlama Dosyası 3, Ek Kodlama Dosyası 4 ve Ek Kodlama Dosyası 5, görselleştirmenin her zaman dilimine ait içeriklerle (sırasıyla MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 ve Gelecek). Bunların her biri, görselleştirmeler için kullanılan kodlama kitaplıkları10'un yanı sıra indirilen verileri .csv biçimde içeren 'Script' klasörleri, 'particle.js' görselleri oluşturmak için kullanılan kod ve ilgili tüm verileri ve kodu birbirine bağlayan bir dizin dosyası 'index.html içerir.
- Verileri ve kodu indirin. Bu makalede, Starr ve ark.9'un yaş modeli üzerine Marcks ve ark.4 ve Cartagena-Sierra ve ark.5'ten elde edilen verilerle 'belirsizlik dereceleri' kullanılmaktadır.
- Kod düzenleme yazılımını 'belirsizlik derecelerinden' açın.
- Bir dosyayı (MPT 1, MPT 2, MPT 3 veya MPT 4) görselleştirmek için kod düzenleyicisine sürükleyin.
- Dosyalar, pencerenin sol tarafındaki EXPLORER menüsünde görünür. Adım 1.7'deki 'Gelecek' klasöründeki verileri görselleştirme prosedürünü kontrol edin.
- EXPLORER menüsünde, bir açılır menüyü görüntülemek için klasörü (MPT 1, MPT 2, MPT 3 veya MPT 4) tıklatın, komut dosyasını tıklatın ve ardından index.html öğesini tıklatın.
NOT: Kod, pencerenin sağ tarafında görünür. - Pencerenin 'index.html' kodu içeren kısmına sol tıklayın ve menüden canlı sunucuyla aç'ı seçin.
NOT: Bir internet tarayıcısı penceresi açılır ve görselleştirmeyi oynatmaya başlar. - Farklı bir zaman alt kümesinden görsel yüklerken görselleştirmeler arasında kod düzenleyicisinin kapatılması ve yeniden açılması gerekebilir. Her zaman alt kümesi için 1.4-1.6 arasındaki adımları yineleyin.
- Görselleştirmeyi gelecek projeksiyonlarına göre görüntülemek için bilgisayarda 'Gelecek' klasörünü açın ve 'Birikim' veya 'Geçiş' klasörünü kod düzenleyicisine sürükleyin. Animasyonlar arasındaki fark, sonuçlar bölümünde açıklanmıştır.
- EXPLORER penceresinde klasör adını seçin ve index.html üzerine tıklayın. Pencerenin 'index.html' kodu içeren kısmına sol tıklayın ve menüden canlı sunucuyla aç'ı seçin.
NOT: Bir internet tarayıcısı penceresi açılır ve ekran kaydıyla yerel olarak bir bilgisayara kaydedilebilen görselleştirmeyi oynatmaya başlar.
2. Görselleştirmeleri düzenleme
NOT: Görselleştirmeleri düzenlemek için, ilgili verileri yüklemek üzere yukarıdaki 1.1-1.4 arasındaki adımları gerektiği şekilde izleyin.
- Kod düzenleyicisinin EXPLORER penceresinde ilgilendiğiniz klasörü seçin ve sketch.js öğesine tıklayarak ana komut dosyasını açın.
NOT: MPT 1'deki (Ek Kodlama Dosyası 1) 'çizim.js' dosyası en ayrıntılı ek açıklamaları içerir; Bu nedenle, bu dosya kodu tanımak için en kullanışlı dosya olabilir.- Kod, kod düzenleyicisi penceresinin sağ tarafında görünür. Bu kod içindeki görselleştirme parametrelerinde tüm düzenlemeleri gerçekleştirin. Kodun ve işlevinin "//" çift eğik çizgilerinden sonra ayrıntılı açıklamalarını içeren ve yeşil metinle daha ayrıntılı olarak tanımlanan kod ek açıklamalarını arayın (Ek Şekil 1).
- Verilere bağlanacak veya görsel parametreleri özelleştirmek için kullanılacak değişkenleri tanımlayın (Ek Şekil 1).
- Verileri çalışma alanına yükleyin (Ek Şekil 2).
- Tuvalin görsel parametrelerini tanımlayın. Verileri belirli özelliklere bağlamak için bir 'for' döngüsü kullanın; Burada, boyut azot izotopik değeri 'd15N' ile bağlantılıdır (Ek Şekil 3).
- Her küre için bir kuyruk uzunluğu tanımlamak üzere for loop kullanın. Kuyruk, kürelerin göründükten sonra ekranda kaldığı süreyi ifade eder ve görsel ilerledikçe bir renk birikimi yaratır (Ek Şekil 4).
NOT: Burada, kuyruk uzunluğu alkenonların c37'sinin birikim hızına ölçeklendirilir. - Son olarak, görsellerin şeklini tanımlamak için bir Perlin Gürültü algoritması11 uygulayarak animasyonu çizin (Ek Şekil 5).
NOT: Burada, dairenin çevresi boyunca noktalara uygulanan gürültü ile taban şekli olarak bir daire kullanılır. Bunlar, dairenin sınırını "kıpırdatacak" ve 'kıpırdama' komutuyla tanımlanan bir miktarda bir daireden sapan organik küre benzeri bir şekil verecektir. - Değişikliklere yardımcı olmak için ek açıklamaları kullanarak kodu gerektiği gibi düzenleyin.
3. Düzenlemeleri kaydetme
- Komut ve S tuşlarına aynı anda basarak düzenlemeleri kaydedin.
- EXPLORER penceresinde 'index.html' dosyasına gidip sol tıklayıp menüden Live server ile aç'ı seçerek güncellenmiş görselleri görüntüleyin.
NOT: Bir internet tarayıcısı penceresi açılır ve ekran kaydıyla bilgisayara yerel olarak kaydedilebilen görselleştirmeyi oynatmaya başlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu çalışma, beş benzersiz jeolojik zaman aralığına karşılık gelen altı görselleştirme üretir; görsel yönler, derin deniz tortusu üzerinde ölçülen (Şekil 1, Şekil 2, Şekil 3, Şekil 4, Video 1, Video 2, Video 3 ve Video 4) veya Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli'nin (IPCC) RCP senaryolarından modellenen nicel verilere ölçeklendirilmiştir (Şekil 5 ve Şekil 6 ). Her görselleştirme benzersiz ve üretkendir, yani aynı giriş verileri, parçacık yörüngesi ve şekil sınırları gibi değişkenlerin rasgele hale getirilmesi nedeniyle kod her çalıştırıldığında biraz farklı görsel çıktılar verir. Her görselleştirmede, bir Perlin Gürültüsü algoritmasından oluşturulan küreler, yörüngelerini kaydeden yarı saydam kuyruklarla siyah bir arka plan boyunca daire geçişi etrafındaki noktalara uygulanır. Küreler ekran boyunca süresiz olarak hareket etmeye devam eder ve sonuçta siyah arka planın üzerinde renk biriktirir.
MPT 1-4'teki koddan oluşturulan Şekil 1, Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4'te (Ek Kodlama Dosyası 1, Ek Kodlama Dosyası 2, Ek Kodlama Dosyası 3 ve Ek Kodlama Dosyası 4), renk, boyut ve hız gibi unsurlar, deniz yüzeyi sıcaklığı, azot izotopik bileşimi ve derin deniz tortusunun jeokimyasal ölçümlerine dayanan iklim değişikliği oranı tahminlerine nicel olarak ölçeklendirilir. Renk maviden kırmızıya kadar değişir, en soğuk aralıklar mavi kürelerin en büyük bolluğu ve kırmızı kürelerin hakim olduğu en sıcak aralıklarla işaretlenir5. Bu, Yeşil ve Mavi değerler sabit tutulurken Kırmızı, Yeşil, Mavi (RGB) renk değerlerinde Kırmızı'nın sayısal değeri değiştirilerek gerçekleştirilir. Kırmızı değer, deniz yüzeyi sıcaklık tahminlerine bağlı olarak 0-200 arasında değişir ve daha yüksek sıcaklıklar daha büyük bir Kırmızı değere karşılık gelir. Her kürenin boyutu, fitoplankton4 tarafından tüketilen besin ve karbon miktarı ile ilgili olan planktonik foraminiferin azot izotopik bileşimine ölçeklendirilir. Her kürenin boyutu 1-10 arasında değişir ve daha büyük boyutlar daha yüksek azot izotopik değerlerine karşılık gelir. Her kürenin ekran boyunca hareket ederken hızı, Lisiecki & Raymo11'de tanımlandığı gibi buzul ve buzullararası sınırlarla, her bir aralığın yayıldığı yıl sayısına bölünen bir zaman aralığındaki buzul ve buzullararası dönemlerin sayısı olarak tahmin edilen iklim değişikliği hızına ölçeklendirilir.
Şekil 5 ve Şekil 6 (Video 5 ve Video 6), New York, NY7 için yıllık ortalama sıcaklık tahminlerinden kaynaklanmaktadır. New York'un konumu, projeksiyon kurulumunun konumuna mevcut verilere sahip en yakın şehir olduğu için seçildi. Hem Şekil 5 (Video 5) hem de Şekil 6 (Video 6), RGB ondalık kodunda daha büyük Yeşil değerlerle işaretlenen daha soğuk sıcaklıklarla rengi sıcaklık tahminlerine göre ölçeklendirirken, Kırmızı ve Mavi renk değerleri sabit kalarak daha turuncu renklenmeye neden olur. Gelecekteki animasyonlar, her bir kürenin boyutunu ve hızını belirlemek için rastgele sayı üretimine dayanır, çünkü bu parametreler bu görselleştirmeleri oluşturmak için gereklidir, ancak karşılık gelen sayısal değerler gelecekteki projeksiyonlarda belirsizliğini korur. 'Birikim' koduyla oluşturulan Şekil 5 (Video 5), MPT görsellerine benzer bir animasyondur; Kürelerin yarı saydam kuyrukları vardır ve kürelerin tuval boyunca devam eden hareketi renk birikimine neden olur. 'Geçiş' koduyla oluşturulan Şekil 6 (Video 6), kuyrukları olmayan daha basit bir görseldir, bunun yerine yalnızca siyah bir arka plan üzerinde hareket eden kürelerin ana hatlarını gösterir.
Ürün formatı, verilerin çeşitli şekillerde özelleştirilmesine ve sunulmasına izin verir. Bu kodla oluşturulan animasyonların ekran kayıtları, bir bilgisayarı veya dizüstü bilgisayarı bir projektöre bağlayarak ve uygun bir görüntüleme alanı kurarak sürükleyici bilim iletişimi sergileri oluşturmak için kullanılır. Sürükleyici ve etkileşimli sergiler, konukların incelemesi için çeşitli projektörler, şövalyeler, köpük panolar, mikroskoplu bir yan masa, derin deniz çamuru ve mikrofosiller içeren bir galeri sahnelenerek oluşturulur (Şekil 7 ve Şekil 8). Bu galeri, ziyaretçilerin şövalyelerle desteklenen dört köpük tahtası olan bir odaya girdiği yönlü bir yaya trafiği akışına izin verir. Her pano, MPT 4,5 görsellerinden birini yansıtmak için bir tuval görevi görür (Şekil 7). İzleyici odaya girerken, MPT projeksiyonlarının ötesinde, başka bir projektör galerinin duvarlarında ve zemininde Gelecek görsellerini görüntüleyerek izleyiciyi "geleceğe yürümeye" davet eder (Şekil 8). Gelecek projeksiyonunun ötesinde, diseksiyon mikroskobu, fosil plankton ve derin deniz tortusu içeren mikroskop slaytları ve bilim adamlarının geçmiş iklimi anlamak ve gelecekteki iklim projeksiyonlarını iyileştirmek için derin deniz çamurunu nasıl kullandıklarını açıklayan bilgiler içeren bir masa kurulur. Nihayetinde, bu çalışma oşinografik ve iklim veri elektronik tablolarını sürükleyici bir kurulumun temeli olarak hizmet eden grafiklere dönüştürüyor ve izleyiciyi jeolojik zaman boyunca yürümeye ve doğal ve antropojenik sürücüler nedeniyle iklim değişikliğimize tanık olmaya davet ediyor.
Şekil 1: MPT 1 verilerinden ve kodundan oluşturulan görüntü. Bu, buzul-buzullar arası uzama ve buzul soğumasından önceki en erken zaman dilimini (~ 1.2-1.118 milyon yıl önce) göstermektedir. Küreler, RGB renk değerlerinin alkenon bazlı deniz yüzeyi sıcaklığı tahminleri5'e ölçeklendirildiği ve okyanustaki birincil üreticilerin IODP Sahası U1475'te karbon alma kabiliyeti ile ilgili olan foraminifera4'ün azot izotopik bileşiminin bir fonksiyonu olarak boyut artışının olduğu benzersiz veri değerlerini temsil eder. Bu, Video 1'den alınan hareketsiz bir görüntüdür. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: MPT 2 verilerinden ve kodundan oluşturulan görüntü. Bu, buzul-buzullar arası uzama ve buzul soğumasından hemen önce olan ikinci en erken zaman dilimini (~ 1.112-1.06 milyon yıl önce) göstermektedir. Küreler, RGB renk değerlerinin alkenon bazlı deniz yüzeyi sıcaklığı tahminleri5'e ölçeklendirildiği ve okyanustaki birincil üreticilerin IODP Sahası U1475'te karbon alma kabiliyeti ile ilgili olan foraminifera4'ün azot izotopik bileşiminin bir fonksiyonu olarak boyut artışının olduğu benzersiz veri değerlerini temsil eder. Bu, Video 2'den alınmış hareketsiz bir görüntüdür. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: MPT 3 verilerinden ve kodundan oluşturulan görüntü. Bu, buzul-buzullararası döngülerin uzadığı ikinci son zaman dilimini gösterir (~ 1.06 milyon ila 900.000 yıl önce). Küreler, RGB renk değerlerinin alkenon bazlı deniz yüzeyi sıcaklığı tahminleri5'e ölçeklendirildiği ve okyanustaki birincil üreticilerin IODP Sahası U1475'te karbon alma kabiliyeti ile ilgili olan foraminifera4'ün azot izotopik bileşiminin bir fonksiyonu olarak boyut artışının olduğu benzersiz veri değerlerini temsil eder. Bu, Video 3'ten alınan hareketsiz bir görüntüdür. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: MPT 4 verilerinden ve kodundan oluşturulan görüntü. Bu, daha uzun buzul-buzullararası döngülerin daha yerleşik olduğu (~ 900.000-600.000 yıl önce) en son zaman dilimini göstermektedir. Küreler, RGB renk değerlerinin alkenon bazlı deniz yüzeyi sıcaklığı tahminleri5'e ölçeklendirildiği ve okyanustaki birincil üreticilerin IODP Sahası U1475'te karbon alma kabiliyeti ile ilgili olan foraminifera4'ün azot izotopik bileşiminin bir fonksiyonu olarak boyut artışının olduğu benzersiz veri değerlerini temsil eder. Bu, Video 4'ten alınan hareketsiz bir görüntüdür. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Gelecekteki veri ve koddan oluşturulan birikim görüntüsü. Bu, New York, NY8.5 için RCP 7 model ortalamalarının sıcaklık tahminlerine dayanan gelecekteki antropojenik ısınma için bir model projeksiyonu göstermektedir. Boyut ve hız, okyanustaki birincil üreticilerin karbon alma kabiliyeti olarak randomize edilmiştir ve iklim değişikliğinin oranı belirsizdir. Bu, Video 5'ten alınan hareketsiz bir görüntüdür. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Gelecekteki verilerden ve koddan oluşturulan geçiş görüntüsü. Bu, New York, NY8.5 için RCP 7 model ortalamalarının sıcaklık tahminlerine dayanan gelecekteki antropojenik ısınma için bir model projeksiyonu göstermektedir. Boyut ve hız, okyanustaki birincil üreticilerin karbon alma kabiliyeti olarak randomize edilmiştir ve iklim değişikliğinin oranı belirsizdir. Bu, Video 6'dan alınan hareketsiz bir görüntüdür. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: MPT verilerinin bir görüntüleyicinin ve ışıklı bilgi tablosunun arkasında görüntülendiği dört panelli projeksiyon kurulumunun görüntüsü. Bu, görüntüleyici en eski MPT verilerinin sunulduğu odaya girerken kurulumun bir bölümünü gösterir. Video 1, Video 2, Video 3 ve Video4, soldan sağa doğru sırayla her panele ayrı ayrı yansıtılır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Sürükleyici duvar projeksiyonunun görüntüsü. Bu, izleyicilerin New York, NY7 için RCP 8.5 model ortalamalarından Gelecekteki sıcaklık tahminlerinin bir animasyonunu geçtiğini göstermektedir. Bu animasyonda (Video 5), RGB Yeşil renk değeri önemli ölçüde artırıldı ve daha sarı renkli bir görsel elde edildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Video 1: MPT 1 verilerinden ve kodundan oluşturulan animasyon. Bu, MPT 1 verilerinden ve kodundan oluşturulan animasyonun ekrana kaydedilmiş bir videosunu gösterir. Bu, buzul-buzullar arası uzama ve buzul soğumasından önceki en erken zaman dilimine (~ 1.2-1.118 milyon yıl önce) karşılık gelir. Küreler, RGB renk değerlerinin alkenon bazlı deniz yüzeyi sıcaklığı tahminleri5'e ölçeklendirildiği ve okyanustaki birincil üreticilerin IODP Sahası U1475'te karbon alma kabiliyeti ile ilgili olan foraminifera4'ün azot izotopik bileşiminin bir fonksiyonu olarak boyut artışının olduğu benzersiz veri değerlerini temsil eder. Bu Videoyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Video 2: MPT 2 verilerinden ve kodundan oluşturulan animasyon. Bu, MPT 2 verilerinden ve kodundan oluşturulan animasyonun ekrana kaydedilmiş bir videosunu gösterir. Bu, buzul-buzullar arası uzama ve buzul soğumasından hemen önce olan ikinci en erken zaman dilimine (~ 1.112-1.06 milyon yıl önce) karşılık gelir. Küreler, RGB renk değerlerinin alkenon bazlı deniz yüzeyi sıcaklığı tahminleri5'e ölçeklendirildiği ve okyanustaki birincil üreticilerin IODP Sahası U1475'te karbon alma kabiliyeti ile ilgili olan foraminifera4'ün azot izotopik bileşiminin bir fonksiyonu olarak boyut artışının olduğu benzersiz veri değerlerini temsil eder. Bu Videoyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Video 3: MPT 3 verilerinden ve kodundan oluşturulan animasyon. Bu, MPT 3 verilerinden ve kodundan oluşturulan animasyonun ekrana kaydedilmiş bir videosunu gösterir. Bu, buzul-buzullararası döngülerin uzadığı ikinci son zaman dilimine karşılık gelir (~ 1.06 milyon ila 900.000 yıl önce). Küreler, RGB renk değerlerinin alkenon bazlı deniz yüzeyi sıcaklığı tahminleri5'e ölçeklendirildiği ve okyanustaki birincil üreticilerin IODP Sahası U1475'te karbon alma kabiliyeti ile ilgili olan foraminifera4'ün azot izotopik bileşiminin bir fonksiyonu olarak boyut artışının olduğu benzersiz veri değerlerini temsil eder. Bu Videoyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Video 4: MPT 4 verilerinden ve kodundan oluşturulan animasyon. Bu, MPT 4 verilerinden ve kodundan oluşturulan animasyonun ekrana kaydedilmiş bir videosunu gösterir. Bu, daha uzun buzul-buzullararası döngülerin daha yerleşik olduğu (~ 900.000-600.000 yıl önce) en son zaman dilimine karşılık gelir. Küreler, RGB renk değerlerinin alkenon bazlı deniz yüzeyi sıcaklığı tahminleri5'e ölçeklendirildiği ve okyanustaki birincil üreticilerin IODP Sahası U1475'te karbon alma kabiliyeti ile ilgili olan foraminifera4'ün azot izotopik bileşiminin bir fonksiyonu olarak boyut artışının olduğu benzersiz veri değerlerini temsil eder. Bu Videoyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Video 5: Gelecekteki veri ve kodlardan oluşturulan birikim animasyonu. Bu, Gelecekteki verilerden ve koddan oluşturulan animasyonun ekrana kaydedilmiş bir videosunu gösterir. Renk, New York, NY7 için RCP 8.5 model ortalamalarının sıcaklık tahminlerine dayanarak gelecekteki antropojenik ısınma için bir model projeksiyonuna ölçeklendirilmiştir. Boyut ve hız, okyanustaki birincil üreticilerin karbon alma kabiliyeti olarak randomize edilmiştir ve iklim değişikliği oranı belirsizdir. Kodda bir kuyruğa izin verilir ve bu da renk birikimine neden olur. Bu Videoyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Video 6: Gelecekteki veri ve kodlardan oluşturulan geçiş animasyonu. Bu, Gelecekteki verilerden ve koddan oluşturulan animasyonun ekrana kaydedilmiş bir videosunu gösterir. Renk, New York, NY7 için RCP 8.5 model ortalamalarının sıcaklık tahminlerine dayanarak gelecekteki antropojenik ısınma için bir model projeksiyonuna ölçeklendirilmiştir. Boyut ve hız, okyanustaki birincil üreticilerin karbon alma kabiliyeti olarak randomize edilmiştir ve iklim değişikliği oranı belirsizdir. Kodda kuyruğa izin verilmez, bu da renk birikmesine neden olmaz. Bu Videoyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 1: Verilere bağlanacak veya görsel parametreleri özelleştirmek için kullanılacak değişkenleri tanımlayan kodlama yazılımı ve kod görüntüsü. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 2: Çalışma alanına veri yükleyen kodlama yazılımının ve kodun görüntüsü. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 3: Tuvalin görsel parametrelerini tanımlayan ve verileri belirli görsel özelliklere bağlamak için bir for döngüsü uygulayan kodlama yazılımı ve kodunun görüntüsü. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 4: Her küre için bir kuyruk uzunluğu tanımlamak üzere for loop uygulayan kodlama yazılımı ve kodunun görüntüsü. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 5: Görsellerin şeklini ve hareketini tanımlamak için bir Perlin gürültü algoritması uygulayarak animasyonu çizen kodlama yazılımı ve kodunun görüntüsü. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Kodlama Dosyası 1: 'Belirsizlik dereceleri'_MPT 1. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Kodlama Dosyası 2: 'Belirsizlik dereceleri'_MPT 2. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Kodlama Dosyası 3: 'Belirsizlik dereceleri'_MPT 3. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Kodlama Dosyası 4: 'Belirsizlik dereceleri'_MPT 4. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Kodlama Dosyası 5: 'Belirsizlik dereceleri' _Future. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışma, üretici sanatın bilim iletişimi amacıyla yararlılığını vurgulamaktadır. İş akışı, varolan verileri bir animasyon içindeki öğelere çevirmek için kullanılabilir. Bu çalışmadan elde edilen animasyon çıktıları, kod her çalıştırıldığında animasyonun farklı bir sürümünün oluşturulması bakımından benzersiz olsa da, görsel öğeler jeokimyasal ve iklim modeli verilerine ölçeklendirilir; Böylece, giriş verileri aynı kaldığı sürece renk, hız ve boyut gibi öğeler sabit kalır. Bu aynı zamanda veriler hakkında sonuçlar çıkarmak için bu görsel öğelerin doğrudan karşılaştırılmasına izin verir.
Derin okyanus çökeltilerinden jeokimyasal ölçümler ve gelecekteki antropojenik ısınma için model tahminleri bir Perlin Gürültü algoritması11 içinde kullanılır ve sürükleyici kurulumlara dönüştürülür. Paleoşinografik verilerden oluşturulan animasyonlar, gelecekteki sıcaklıkların model tahminleri için bir karşılaştırma temeli görevi görür. Derin okyanus çökeltileri, geçmiş iklimin bir arşivi ve iklim sistemini anlamak için paha biçilmez bir kaynaktır12,13. Görseller, oluşturulan şekillerin sınırını sorunsuz bir şekilde hareket ettirme yeteneği nedeniyle seçilen bir Perlin Gürültüsü algoritması ile oluşturulur. Burada, bir daireyi özetleyen noktalara bir Perlin Gürültüsü algoritması uygulanır ve sonuçta arka plan boyunca sorunsuz bir şekilde hareket eden organik bir şekil oluşturulur. Daire, bir tortu çekirdeğinin enine kesitine şekil olarak benzerliği ve anahatta gürültü eklendikten sonra bir hücreye benzerliği nedeniyle seçilir. Bu, deniz birincil üreticilerinden veya okyanustaki besin maddelerini ve karbonu fotosentezleyen ve tüketen küçük organizmalardan geldikleri için bu jeokimyasal kayıtların doğasına dokunan organik şekiller üretir13. Bu organizmalar hem karbon tüketimi yoluyla küresel iklimi değiştirir hem de okyanus çökeltilerinde korunan kabuklarının kimyasal yapısındaki iklim sinyallerinin korunması yoluyla okyanustaki geçmiş değişiklikleri kaydeder. Her görseldeki şekillerin veya kürelerin katmanlanması, animasyonlarda bir renk birikimi yaratır ve okyanus havzalarındaki tortu katmanları yoluyla korunan bu paleoşinografik kayıtların korunmasına işaret eder ve görselleri jeolojik süreçlere daha da bağlar.
Kırmızı, Yeşil, Mavi (RGB) ondalık kodu, alkenonlar üzerinde ölçülen deniz birincil üreticilerinden veya yapısısıcaklık 5'e göre değişen uzun karbon zincirlerinden gelen sıcaklık tahminleriyle rengi nicel olarak ölçeklendirmek için kullanılır. Bu görsellerde kırmızı ve turuncu renkler daha sıcak sıcaklıkları gösterir. Burada kullanılan veriler doğrudan ilişkilendirilemediğinden jeokimyasal verilerin ve gelecekteki projeksiyonların ölçeklendirilmesinde farklı renkler kullanılır (mevcut projeksiyon verilerinin doğası ve yazarların ilgilendiği bölgeler nedeniyle). Gelecekteki yinelemelerde, verilerin doğrudan karşılaştırılmasına izin vermek için renk tüm animasyonlar arasında benzer şekilde ölçeklendirilebilir.
Kürelerin hızı, buzul veya buzullar arası aşamaların sayısının yıllar içinde zamana bölünmesi olarak tahmin edilen iklim değişikliğinin göreceli oranı ile tanımlanır. Bu, her bir zaman aralığındaki buzul veya buzullararası dönemlerin sayısını sayarak hesaplanır ve her dönem Lisiecki &; Raymo12 tarafından tanımlanır. Gelecek projeksiyonları (Şekil 5 ve Şekil 6), tam bir buzul veya buzullar arası döngüyü kapsamadıkları ve Dünya ikliminin doğal ritminden önemli bir sapmayı yansıttıkları için rastgele hızlara sahiptir. Bu arada, verilerin rasgele hale getirilmesi görsellerde net değildir ve izleyici için belirsizliğin önemli bir sembolü olmaktan ziyade, veri yokluğunda bile bir görselin yapılabilmesini sağlamak için belki de daha gerekli bir adım olarak hizmet eder. Belirsizliğin daha dokunaklı biçimlerde nasıl iletileceği konusunda gelecekteki yinelemelerde deney yapmak için kesinlikle yer vardır, çünkü belirsizlik gelecekteki iklimi anlama yeteneğinde önemsiz değildir.
Kürelerin büyüklüğü, fosil planktonların azot izotopik bileşimine, iklim değişikliğini şiddetlendirebilecek veya hafifletebilecek birincil üreticiler tarafından besin ve karbon alımı için bir vekil olmasına bağlıdır; Biyoloji ve küresel iklim13 arasındaki bağlantıyı temsil ettiği için seçildi. Biyolojinin atmosferik karbondioksitteki gelecekteki artışları ne ölçüde telafi edebileceği belirsizliğini koruyor, ancak bu verilerin görsellere dahil edilmesi, iklim sisteminin karmaşıklığına ve biyoloji ile jeolojinin kesişimine bir hatırlatma görevi görüyor. Kürelerin hızına benzer şekilde, Gelecek projeksiyonlarında, bu metrik için veri yoktur, bu nedenle veri yokluğunda rastgele hızlar kullanılır. Bu çalışmanın diğer yinelemeleri, foraminiferin azot izotopik bileşimini, sıcaklık ve buz hacmi12'deki küresel değişiklikleri yansıttığı varsayılan bentik foraminiferin oksijen izotopik bileşimi ile değiştirebilir. Geçmiş ve geleceğin animasyonlarını yan yana getirmedeki zorluklara rağmen, bu çalışma doğal ve antropojenik iklim değişikliği arasındaki farkları vurgulamakta ve üretken iklim sanatının yaratılmasında yararlı bir ilk adım olarak hizmet etmektedir.
Animasyonları somut deneyimlere entegre etmek için, projeksiyon teknikleri, konukların jeolojik zaman boyunca ve geleceğe doğru yürüdükleri sürükleyici bir sergi oluşturmak için kullanılır. RCP senaryolarından elde edilen sıcaklık projeksiyonlarının geçmiş deniz yüzeyi sıcaklıklarıyla doğrudan ilişkilendirilemediğini ve jeolojik kayıtlardaki vekillerin kusurlu olduğunu ve kendi önyargılarını taşıdığını belirtmek önemlidir. Bununla birlikte, bu çalışma, derin deniz jeokimyasal kayıtlarının ve iklim modeli çıktılarının modern sanata dahil edilmesi için bir temel oluştururken, aynı zamanda iklim bilimine giriş engellerini de ortadan kaldırmaktadır.
Bu çalışma, zamanın bu ayrık alt kümeleri arasındaki farklılıkları ayırt etmek için izleyicinin soyut sezgisine dayanıyor ve bilimsel verilerle yeni bir ilişki kurma aracı sağlıyor. İzleyiciler, verileri doğru bir şekilde yorumlamak için gereken metin, ses veya arka plan bilgisine güvenmeden, sezgilerini yönlendiren renk ve hız gibi basit unsurlarla zamanın ayrı alt kümeleri aracılığıyla iklim değişikliğinin büyüklüğü ve oranı hakkında bir fikir edinirler. Bu çalışma sınırsız değildir; Yukarıda belirtildiği gibi, veri kullanılabilirliği, karşılaştırılabilirlik ve konum konularında açık tutarsızlıklar vardır. Bu animasyonları yazarın bölgeleri ve ilgilendiği zaman dilimleriyle sınırlamış olsak da, bu protokol farklı zaman aralıklarına yayılan ve henüz keşfetmediğimiz formatlarda paylaşılan çok daha fazla konumdan gelen verilere kolayca uygulanabilir. Ayrıca, bu animasyonların sergileri sırasında, izleyicilere posterler, mikroskop gösterimleri ve serginin amacını anlamak için gerekli bağlamı sağlayan kısa sözlü açıklamalar yardımcı oldu. Bu çalışma, bu stratejinin bilim iletişimi üzerindeki etkinliğini değerlendirmemiş olsa da, gelecekteki çalışmalar, bu görsellerin hem iklim verilerini iletmede hem de izleyicilerde bir merak uyandırmadaki etkinliğini değerlendirmek için anketlerden veya bir sosyal bilgiler analizinden yararlanacaktır. Bu sınırlamalara rağmen, bu çerçeve, bilim iletişimi amacıyla dijital ve etkileşimli formatlara entegre edilebilen çok çeşitli jeolojik ve / veya iklim verilerini üretken sanata dahil etmenin bir yolunu sunmaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar şu anda bilinen bir çıkar çatışması olmadığını kabul etmektedir
Acknowledgments
Bu projenin başlangıcında Georgia Rhodes ve Stuart Copeland'dan aldığımız desteği takdir etmek istiyoruz - onların teşviki ve mentorluğu başarımız için çok önemliydi. Ayrıca, JavaScript'te kodlamayı öğrenmede bir kaynak olarak https://p5js.org/reference/ faydasını vurgulamak istiyoruz. Bu materyal, kısmen EPSCoR İşbirliği Anlaşması #OIA-1655221 ve Vis-a-Thon programı ve Rhode Island Deniz Hibesi [NA23OAR4170086] kapsamında Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen çalışmalara dayanmaktadır.
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).
