מאמר שיטה

שימוש באמנות גנרטיבית להעברת מעברי אקלים בעבר ובעתיד

DOI:

10.3791/65073

⸱

31 במרץ 2023

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

במאמר זה

סיכום

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

כאן, פרוטוקול מוצג כדי להמחיש נתוני אקלים כמו אמנות גנרטיבית.

תקציר

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

היכולת להבין את האקלים המודרני נשענת על הבנה בסיסית של השתנות האקלים בעבר והדרכים שבהן כדור הארץ מיוצב על ידי משובים מקושרים. מאמר זה מציג שיטה ייחודית לתרגום תיעוד של מעברי אקלים קודמים שנשמרו במשקעים במעמקי הים לקהלים רחבים באמצעות הדמיה סוחפת. הדמיה זו היא מיצב מולטימדיה המשלב רשומות גיאוכימיות של מעברים קרחוניים ובין קרחוניים ותחזיות מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית כדי ליצור חוויה סוחפת עבור הצופים, המזמינה אותם לעסוק ולהרהר בהבדלים הדקים והניואנסים בין תת-קבוצות בהיסטוריה של כדור הארץ. עבודה זו מציגה חמישה מרווחי זמן, החל מתחילת המחזוריות הקרחונית-בין-קרחונית המודרנית (~ לפני מיליון שנה), ומשווה את האקלים בעבר עם תוצאות מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית חזויה (עד 2099). המיצב מורכב ממספר הקרנות ניסיוניות, אחת לכל תת-קבוצת זמן, המוצגות על משטחים שונים בחדר. כאשר הצופים נעים בחלל, ההקרנות עוברות באיטיות דרך מעברים אקלימיים שונים, תוך שימוש בשיטות אנימציה כמו מהירות, צבע, שכבות וחזרות, כולן נוצרות באמצעות נתונים ספציפיים לאתר כדי להעביר את ההתנהגות הייחודית של כדור הארץ בכל הקשור לאקלים העולמי. עבודה זו מספקת מסגרת להדמיית נתונים מדעית ייחודית, עם אנימציות גנרטיביות שנוצרו באמצעות אלגוריתם Perlin Noise במרכז המיצב. משתני מחקר, כמו טמפרטורת פני הים, דינמיקה של חומרי מזון וקצב שינויי האקלים, משפיעים על תוצאות צורניות כמו צבע, קנה מידה ומהירות הנפשה, שכולם קלים למניפולציה ולהתחברות לנתונים ספציפיים. גישה זו מאפשרת גם פרסום נתונים באינטרנט ומספקת מנגנון להתאמת פרמטרים חזותיים למגוון רחב של נתונים כמותיים ואיכותיים.

מבוא

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

אמנות גנרטיבית והשיטות הנהוגות כאן מאפשרות תרגום ישיר של נתונים כמותיים לאנימציות תוך שמירה על שלמות הנתונים. אמנים משתמשים באמנות גנרטיבית כדי לחקור תפיסות של מרחב וזמן1,2, אך אמנות גנרטיבית עדיין אינה נפוצה עם נתונים מדעיים מרחביים או זמניים. העבודה המוצגת כאן מספקת מסגרת פשוטה לשימוש במוצרים חזותיים גנרטיביים להצגת נתוני אקלים. מוצרים אלה יכולים להיות מיושמים באופן נרחב, בין אם משמשים ליצירת תערוכות אישיות או כעזר חזותי למצגת או פרסום מקוון.

שימוש במדידות או אומדנים גיאוכימיים כדי לשנות את קנה המידה של אלמנטים כגון צבע, צורה, גודל ומהירות מספק אמצעי להעברה חזותית של קצבי וסדרי גודל של שינוי מבלי לדרוש מהצופה לקרוא מאמר, לפרש גרף או להסתכל בטבלת נתונים. לחלופין, אקראיות של משתנים נבחרים משמשת כדי להעביר חוסר נתונים או אי ודאות, כמו במקרה של תחזיות עתידיות. השילוב בין עבר ועתיד גיאולוגיים הוא אולי חלק בלתי נפרד מהאפקטיביות של מוצרים אלה ככלי תקשורת מדעיים. ההתנסויות האחרונות משמשות לעתים קרובות כבסיס להשוואה לשינוי האקלים המודרני, ומקשות על הבנת סדר הגודל של שינויי אקלים אנתרופוגניים3.

מדידות גיאוכימיות המתוארות במאמר זה משתרעות על פני המעבר באמצע הפליסטוקן (MPT; לפני 1.2 מיליון עד 600,000 שנה), ומתעדות שינויים בסמוך לגבול הצפוני של האוקיינוס הדרומי מאתר התוכנית הבינלאומית לגילוי האוקיינוס U1475 4,5. נתוני MPT מוצגים בארבע אנימציות, המדגישות שינויים בתנאי האוקיינוס כאשר כוכב הלכת מתקרר והשונות הקרחונית והבין-קרחונית מוגברת6. זה מספק בסיס גיאולוגי החושף את הקצב הטבעי של אקלים כדור הארץ, תוך שימת דגש על מגמת התקררות ארוכת טווח המנוגדת לחלוטין לתחזיות האקלים העתידיות. אומדני טמפרטורה עתידיים הם ערכים ממוצעים של התוצאות של 20 מודלי אקלים תחת אילוץ של מסלול פחמן מייצג 8.5 (RCP 8.5; תרחיש עם אילוץ קרינתי של 8.5 W/m2 בשנת 2100) עבור המיקום ניו יורק, ניו יורק7. RCP 8.5 מייצג את התרחיש הגרוע ביותר של פליטות מתמשכות וכתוצאה מכך עלייה של 3.7 מעלות צלזיוס בטמפרטורה העולמית הממוצעת עד שנת 21008. לפיכך, מאמר זה מדגים אמצעי להשוואת תחזיות עתידיות לנתונים גיאולוגיים כדי להשוות את שיעורי שינויי האקלים והשתנות האקלים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

1. הפעלת הפריטים החזותיים הקיימים

  1. הורד תוכנת קידוד ותצוגה חזותית (ראה טבלת חומרים).
    1. הורד את הנתונים והקוד. מאמר זה משתמש ב"דרגות של אי-ודאות" עם נתונים מ-Marcks et al.4 ו-Cartagena-Sierra et al.5 על מודל הגיל של Starr et al.9.
      הערה: 'דרגות אי-הוודאות' מכילות חמישה קבצי קידוד, קובץ קידוד משלים 1, קובץ קידוד משלים 2, קובץ קידוד משלים 3, קובץ קידוד משלים 4 וקובץ קידוד משלים 5, עם תוכן הנוגע לכל פרק זמן של תצוגה חזותית (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 ועתיד, בהתאמה). כל אחד מאלה מכיל ספריות קידוד10 המשמשות להדמיות חזותיות, כמו גם תיקיות 'סקריפט' המכילות נתונים שהורדו בפורמט .csv, קוד המשמש ליצירת 'חלקיק.js' חזותיים, וקובץ אינדקס 'אינדקס.html' המקשר את כל הנתונים והקוד הרלוונטיים יחד.
  2. פתח את תוכנת עריכת הקוד מ'דרגות אי הוודאות'.
  3. גרור קובץ (MPT 1, MPT 2, MPT 3 או MPT 4) לעורך הקוד כדי להציג אותו באופן חזותי.
    1. הקבצים מופיעים בתפריט EXPLORER בצד שמאל של החלון. בדוק את ההליך להמחשת נתונים מהתיקייה 'עתיד' בשלב 1.7.
  4. בתפריט EXPLORER, לחץ על התיקיה (MPT 1, MPT 2, MPT 3 או MPT 4) כדי לחשוף תפריט נפתח, לחץ על סקריפט ולאחר מכן לחץ על אינדקס.html.
    הערה: הקוד מופיע בצד ימין של החלון.
  5. לחץ לחיצה שמאלית על החלק של החלון עם קוד עבור 'index.html' ובחר פתח עם שרת חי מהתפריט.
    הערה: חלון דפדפן אינטרנט נפתח ומתחיל להפעיל את הפריט החזותי.
  6. סגירה ופתיחה מחדש של עורך הקוד עשויות להיות נחוצות בין פריטים חזותיים בעת טעינת פריט חזותי מקבוצת משנה אחרת של זמן. חזור על שלבים 1.4-1.6 עבור כל קבוצת משנה של זמן.
  7. כדי להציג את התצוגה החזותית בהתבסס על תחזיות עתידיות, פתח את התיקיה 'עתיד' במחשב וגרור את התיקיה 'הצטברות' או 'מעבר' לעורך הקוד. ההבדל בין הנפשות מתואר בסעיף התוצאות.
  8. בחר את שם התיקיה בחלון EXPLORER ולחץ על index.html. לחץ לחיצה שמאלית על החלק בחלון עם הקוד עבור 'index.html' ובחר Open with Live Server מהתפריט.
    הערה: חלון דפדפן אינטרנט נפתח ומתחיל להפעיל את התצוגה החזותית, שניתן לשמור באופן מקומי במחשב על ידי הקלטת מסך.

2. עריכת ההדמיות

הערה: כדי לערוך את הפריטים החזותיים, בצע את שלבים 1.1-1.4 לעיל, לפי הצורך, כדי לטעון את הנתונים הרלוונטיים.

  1. בחר את תיקיית העניין בחלון EXPLORER של עורך הקוד ופתח את קובץ הסקריפט הראשי על ידי לחיצה על sketch.js.
    הערה: הקובץ 'שרטוט.js' בקובץ MPT 1 (קובץ קידוד משלים 1) מכיל את הביאורים המפורטים ביותר; לכן, קובץ זה עשוי להיות שימושי ביותר עבור הכרת הקוד.
    1. הקוד מופיע בצד ימין של חלון עורך הקוד. בצע פעולות עריכה בפרמטרים של תצוגה חזותית בתוך קוד זה. חפש ביאורי קוד עם תיאורים מפורטים של הקוד ותפקודו לאחר לוכסנים כפולים "//" ומזוהים עוד יותר על-ידי טקסט ירוק (איור משלים 1).
    2. הגדר את המשתנים שיקושרו לנתונים או ישמשו להתאמה אישית של פרמטרים חזותיים (איור משלים 1).
    3. טען את הנתונים בסביבת העבודה (איור משלים 2).
    4. הגדר את הפרמטרים החזותיים של בד הציור. השתמש בלולאה 'עבור' כדי לקשר נתונים למאפיינים ספציפיים; כאן, הגודל מקושר לערך איזוטופי של חנקן 'd15N' (איור משלים 3).
    5. השתמש בלולאה עבור כדי להגדיר אורך זנב עבור כל גלגל. הזנב מתייחס למשך הזמן שהכדורים נשארים על המסך לאחר הופעתם, מה שיוצר הצטברות של צבע ככל שהראייה מתקדמת (איור משלים 4).
      הערה: כאן, אורך הזנב מותאם לקצב ההצטברות של c37 של אלקנונים.
    6. לבסוף, ציירו את ההנפשה, תוך החלת אלגוריתם Perlin Noise11 כדי להגדיר את צורת הפריטים החזותיים (איור משלים 5).
      הערה: כאן, עיגול משמש כצורת הבסיס עם רעש המוחל על הנקודות לאורך היקף המעגל. אלה 'ינענעו' את גבול המעגל, ויניבו צורה אורגנית דמוית כדור שחורג ממעגל בכמות המוגדרת על ידי הפקודה 'נענוע'.
    7. ערוך את הקוד לפי הצורך באמצעות ביאורים כדי לסייע בשינויים.

3. שמירת העריכות

  1. שמור את שינויי העריכה על-ידי הקשה על המקשים Command ו - S בו-זמנית.
  2. הצג פריטים חזותיים מעודכנים על ידי ניווט לקובץ 'index.html' בחלון EXPLORER, לחיצה שמאלית ובחירה באפשרות פתח באמצעות שרת חי מהתפריט.
    הערה: חלון דפדפן אינטרנט נפתח ומתחיל להפעיל את התצוגה החזותית, שניתן לשמור באופן מקומי במחשב על ידי הקלטת מסך.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

עבודה זו מפיקה שש הדמיות המתאימות לחמישה מרווחי זמן גיאולוגיים ייחודיים, כאשר היבטים חזותיים מותאמים לנתונים כמותיים שנמדדו על משקעים בעומק הים (איור 1, איור 2, איור 3, איור 4, וידאו 1, וידאו 2, וידאו 3 ווידאו 4) או מודלו מתרחישי RCP של הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC) (איור 5 ואיור 6

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

עבודה זו מדגישה את התועלת של אמנות גנרטיבית לצורך תקשורת מדעית. ניתן להשתמש בזרימת העבודה כדי לתרגם נתונים קיימים לרכיבים בתוך הנפשה. בעוד שתוצרי האנימציה מעבודה זו ייחודיים בכך שבכל פעם שהקוד מופעל נוצרת גרסה אחרת של האנימציה, האלמנטים החזותיים מותאמים לנתוני מודלים גיאוכימיים ואקלימיים; לפיכך, רכיבים כגון צבע, מהירות וגודל נשארים קבועים, כל עוד נתוני הקלט נשארים זהים. זה גם מאפשר השוואה ישירה של אלמנטים חזותיים אלה כדי להסיק מסקנות על הנתונים.

מדידות גיאוכימיות משקעי מעמקי האוקיינוס והערכות ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

המחברים מודים כי לא ידוע על ניגודי עניינים בשלב זה

תודות

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

ברצוננו להכיר בתמיכה שקיבלו מג'ורג'יה רודס וסטיוארט קופלנד בתחילת הפרויקט הזה - העידוד והחניכה שלהם היו חיוניים להצלחתנו. ברצוננו גם להדגיש את התועלת של https://p5js.org/reference/ כמשאב בלימוד קוד ב- JavaScript. חומר זה מבוסס על עבודה הנתמכת בחלקה על ידי הקרן הלאומית למדע במסגרת הסכם שיתוף הפעולה EPSCoR #OIA-1655221 ותוכנית Vis-a-Thon שלהם ועל ידי מענק הים של רוד איילנד [NA23OAR4170086].

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
כן ציורUlineH-1450SILכן ציור טלסקופי להחזקת לוח ליבת קצף
לוח פוסטר ליבת קצףRoyal Brites#753064לוח ליבת קצף המשמש כקנבס להקרנה
Live ServerMicrosoft; מוציא לאור: Ritwick Deyגרסה 5.7.9הרחבת תוכנה עבור Visual Studio Code המאפשרת צפייה באנימציות בחלון דפדפן. הורד ב: https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=ritwickdey.LiveServer
Throw ProjectorOptoma796435814076כל דגם מקרן לזרוק שיעבוד עבור משטח הקרנה/מרחק רצוי 
Visual Studio CodeMicrosoft גירסה 1.74 עבור תוכנת MAC OSלעריכת קוד וביצוע. הורד ב: https://code.visualstudio.com/

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים