Summary
Här presenteras ett protokoll för att visualisera klimatdata som generativ konst.
Abstract
Förmågan att förstå dagens klimat bygger på en grundläggande förståelse för tidigare klimatvariationer och hur planeten stabiliseras av sammankopplade återkopplingar. Denna artikel presenterar en unik metod för att översätta register över tidigare klimatövergångar bevarade i djuphavssediment till en bred publik genom en uppslukande visualisering. Denna visualisering är en multimediainstallation som innehåller geokemiska register över glaciala och interglaciala övergångar och modellförutsägelser för framtida antropogen uppvärmning för att skapa en uppslukande upplevelse för tittarna och bjuda in dem att engagera sig i och reflektera över de subtila, nyanserade skillnaderna mellan delmängder av jordens historia. Detta arbete visar fem tidsintervaller, som börjar med starten av modern glacial-interglacial cyklicitet (~ en miljon år sedan), jämför tidigare klimat med modellresultat för projicerad framtida antropogen uppvärmning (fram till 2099). Installationen består av flera experimentella projektioner, en för varje delmängd av tiden, som visas på olika ytor i ett rum. När tittarna rör sig genom rymden cyklar projektionerna långsamt genom olika klimatövergångar med hjälp av animeringsmetoder som hastighet, färg, skiktning och upprepning, allt genererat genom platsspecifika data för att förmedla planetens unika beteende när det gäller det globala klimatet. Detta arbete ger ett ramverk för unik vetenskaplig datavisualisering, med generativa animationer skapade med hjälp av en Perlin Noise-algoritm i mitten av installationen. Forskningsvariabler, som havsytemperatur, näringsdynamik och klimatförändringshastigheten, påverkar formella resultat som färg, skala och animeringshastighet, som alla är lätta att manipulera och ansluta till specifika data. Detta tillvägagångssätt gör det också möjligt att publicera data online och tillhandahåller en mekanism för att skala visuella parametrar till en mängd olika kvantitativa och kvalitativa data.
Introduction
Generativ konst och de metoder som används här möjliggör direkt översättning av kvantitativa data till animationer samtidigt som dataintegriteten bevaras. Konstnärer använder generativ konst för att utforska uppfattningar om rum och tid1,2, men generativ konst används ännu inte ofta med rumsliga eller tidsmässiga vetenskapliga data. Arbetet som presenteras här ger ett enkelt ramverk för att använda generativa visuella produkter för att visa upp klimatdata. Dessa produkter kan användas i stor utsträckning, oavsett om de används för att skapa personliga utställningar eller som ett visuellt hjälpmedel för en presentation eller onlinepublikation.
Att använda geokemiska mätningar eller uppskattningar för att skala element som färg, form, storlek och hastighet ger ett sätt att visuellt förmedla förändringshastigheter och förändringsstorlekar utan att betraktaren behöver läsa ett papper, tolka ett diagram eller titta igenom en datatabell. Alternativt används randomisering av utvalda variabler för att förmedla brist på data eller osäkerhet, som i fallet med framtida prognoser. Sammanställningen av geologiskt förflutet och framtid är kanske en integrerad del av effektiviteten hos dessa produkter som vetenskapliga kommunikationsverktyg. Nya erfarenheter tjänar ofta som utgångspunkt för jämförelse av moderna klimatförändringar, vilket gör det svårt att förstå omfattningen av antropogena klimatförändringar3.
Geokemiska mätningar visualiserade i detta dokument spänner över övergången från mitten av Pleistocen (MPT; 1,2 miljoner till 600 000 år sedan) och registrerar förändringar nära den norra gränsen för södra oceanen från International Ocean Discovery Program Site U1475 4,5. MPT-data presenteras i fyra animationer, som belyser förändringar i havsförhållanden när planeten svalnar och glacial och interglacial variabilitet förstärks6. Detta ger en geologisk baslinje som avslöjar den naturliga rytmen i jordens klimat, med betoning på en långsiktig kylningstrend som starkt kontrasterar framtida klimatprognoser. Framtida temperaturuppskattningar är medelvärden av resultaten från 20 klimatmodeller under tvång av Representative Carbon Pathway 8.5 (RCP 8.5; scenario med en strålningsdrivning på 8.5 W / m2 år 2100) för platsen New York, NY7. RCP 8.5 representerar ett värsta scenario med ihållande utsläpp som resulterar i en ökning av den globala medeltemperaturen med 3,7 °C fram till 21008. Således visar denna artikel ett sätt att jämföra framtida prognoser med geologiska data för att jämföra klimatförändringar och klimatvariationer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Spela upp befintliga visualiseringar
- Ladda ner kodnings- och visualiseringsprogram (se Materialförteckning).
- Ladda ned data och kod. Denna artikel använder "grader av osäkerhet" med data från Marcks et al.4 och Cartagena-Sierra et al.5 om åldersmodellen från Starr et al.9.
OBS: "Grader av osäkerhet" innehåller fem kodningsfiler, kompletterande kodningsfil 1, kompletterande kodningsfil 2, kompletterande kodningsfil 3, kompletterande kodningsfil 4 och kompletterande kodningsfil 5, med innehåll som hänför sig till varje visualiseringsperiod (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 respektive framtid). Var och en av dessa innehåller kodningsbibliotek10 som används för visualiseringar samt "Script" -mappar som innehåller nedladdade data i .csv format, kod som används för att generera visuella "partikel.js" och en indexfil "index.html" som länkar alla relevanta data och kod tillsammans.
- Ladda ned data och kod. Denna artikel använder "grader av osäkerhet" med data från Marcks et al.4 och Cartagena-Sierra et al.5 om åldersmodellen från Starr et al.9.
- Öppna kodredigeringsprogrammet från "grader av osäkerhet".
- Dra en fil (MPT 1, MPT 2, MPT 3 eller MPT 4) till kodredigeraren för att visualisera den.
- Filerna visas i EXPLORER-menyn till vänster i fönstret. Kontrollera proceduren för att visualisera data från mappen "Framtid" i steg 1.7.
- I EXPLORER-menyn klickar du på mappen (MPT 1, MPT 2, MPT 3 eller MPT 4) för att visa en rullgardinsmeny, klickar på skript och klickar sedan på index.html.
Koden visas till höger i fönstret. - Vänsterklicka på den del av fönstret med kod för 'index.html' och välj öppna med liveserver från menyn.
Ett webbläsarfönster öppnas och börjar spela upp visualiseringen. - Det kan vara nödvändigt att stänga och öppna kodredigeraren igen mellan visualiseringar när du läser in ett visuellt objekt från en annan delmängd av tiden. Upprepa steg 1.4–1.6 för varje delmängd av tiden.
- Om du vill visa visualiseringen baserat på framtida projektioner öppnar du mappen "Future" på datorn och drar antingen mappen "Accumulation" eller "Transition" till kodredigeraren. Skillnaden mellan animeringar beskrivs i resultatavsnittet.
- Välj mappnamnet i EXPLORER-fönstret och klicka på index.html. Vänsterklicka på den del av fönstret med kod för 'index.html' och välj öppna med live-server från menyn.
OBS: Ett webbläsarfönster öppnas och börjar spela visualiseringen, som kan sparas lokalt på en dator genom skärminspelning.
2. Redigera visualiseringarna
Om du vill redigera visualiseringarna följer du steg 1.1–1.4 ovan efter behov för att läsa in relevanta data.
- Välj mappen av intresse i EXPLORER-fönstret i kodredigeraren och öppna huvudskriptfilen genom att klicka på skiss.js.
OBS: Filen "sketch.js" i MPT 1 (kompletterande kodningsfil 1) innehåller de mest detaljerade anteckningarna; Således kan den här filen vara den mest användbara för att bekanta sig med koden.- Koden visas till höger i kodredigeringsfönstret. Utför eventuella ändringar av visualiseringsparametrar i den här koden. Leta efter kodanteckningar med detaljerade beskrivningar av koden och dess funktion efter dubbla snedstreck "//" och vidare identifieras med grön text (kompletterande figur 1).
- Definiera de variabler som ska länkas till data eller användas för att anpassa visuella parametrar (kompletterande bild 1).
- Läs in data på arbetsytan (kompletterande bild 2).
- Definiera de visuella parametrarna för duken. Använd en "för"-slinga för att länka data till specifika egenskaper. Här är storleken kopplad till kväveisotopvärdet "d15N" (kompletterande figur 3).
- Använd en for-slinga för att definiera en svanslängd för varje klot. Svansen hänvisar till den tid som kloten förblir på skärmen efter att ha dykt upp, vilket skapar en ansamling av färg när det visuella fortskrider (kompletterande figur 4).
OBS: Här skalas svanslängden till ackumuleringshastigheten för alkenonernas c37. - Rita slutligen animeringen och använd en Perlin Noise-algoritm11 för att definiera formen på de visuella objekten (kompletterande figur 5).
OBS: Här används en cirkel som basform med brus applicerat på punkterna längs cirkelns omkrets. Dessa kommer att "vicka" cirkelns gräns, vilket ger en organisk klotliknande form som avviker från en cirkel i en mängd som definieras av kommandot "wiggle". - Redigera koden efter behov med hjälp av anteckningar för att underlätta ändringarna.
3. Spara ändringarna
- Spara ändringarna genom att trycka på kommando- och S-tangenterna samtidigt.
- Visa uppdaterade visuella objekt genom att navigera till indexfilen i EXPLORER.html-fönstret, vänsterklicka och välja öppna med liveserver på menyn.
OBS: Ett webbläsarfönster öppnas och börjar spela visualiseringen, som kan sparas lokalt på datorn genom skärminspelning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Detta arbete producerar sex visualiseringar motsvarande fem unika intervall av geologisk tid, med visuella aspekter skalade till kvantitativa data antingen uppmätta på djuphavssediment (Figur 1, Figur 2, Figur 3, Figur 4, Video 1, Video 2, Video 3 och Video 4) eller modellerade från Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) RCP-scenarier (Figur 5 och Figur 6 ). Varje visualisering är unik och generativ, vilket innebär att samma indata ger något olika visuella utdata varje gång koden körs på grund av randomiseringen av variabler som partikelbana och formgränser. I varje visualisering tillämpas klot skapade från en Perlin Noise-algoritm på punkterna runt en cirkel över en svart bakgrund med halvtransparenta svansar som registrerar deras banor. Kloten fortsätter att röra sig över skärmen på obestämd tid och ackumulerar slutligen färg ovanpå den svarta bakgrunden.
I figur 1, figur 2, figur 3 och figur 4, genererad från kod i MPT 1-4 (kompletterande kodningsfil 1, kompletterande kodningsfil 2, kompletterande kodningsfil 3 och kompletterande kodningsfil 4), skalas element som färg, storlek och hastighet kvantitativt till uppskattningar av havsytemperatur, kväveisotopsammansättning och klimatförändringshastigheten baserat på geokemiska mätningar av djuphavssediment. Färgen varierar från blått till rött, med de kallaste intervallen markerade av det största överflödet av blå klot och de varmaste intervallen domineras av röda klot5. Detta åstadkoms genom att ändra det numeriska värdet för rött i färgvärdena rött, grönt, blått (RGB), medan gröna och blå värden hålls konstanta. Det röda värdet varierar mellan 0-200 beroende på uppskattningar av havsytans temperatur, med högre temperaturer som motsvarar ett större rött värde. Storleken på varje klot skalas till kväveisotopsammansättningen av planktonforaminifera, vilket är relaterat till mängden näringsämnen och kol som konsumeras av fytoplankton4. Storleken på varje klot varierar mellan 1-10, med större storlekar som motsvarar högre kväveisotopvärden. Hastigheten för varje klot när den rör sig över skärmen skalas till klimatförändringshastigheten, uppskattad som antalet glaciala och interglaciala perioder inom ett tidsintervall dividerat med antalet år som varje intervall spänner över, med glaciala och interglaciala gränser enligt definitionen i Lisiecki &; Raymo11.
Figur 5 och figur 6 (Video 5 och Video 6) härrör från prognoser för årliga medeltemperaturer för New York, NY7. Platsen för New York valdes eftersom det är den närmaste staden med data tillgängliga för platsen för projektionsinstallationen. Både figur 5 (video 5) och bild 6 (video 6) skalar färg till temperaturuppskattningar, med svalare temperaturer markerade med större gröna värden i RGB-decimalkoden, medan röda och blå färgvärden förblir konstanta, vilket resulterar i en mer orange färg. Framtida animationer förlitar sig på slumptalsgenerering för att bestämma storleken och hastigheten för varje klot, eftersom dessa parametrar krävs för att skapa dessa visualiseringar, men motsvarande numeriska värden förblir osäkra i framtida projektioner. Figur 5 (Video 5), genererad med koden "Ackumulation", är en animering som liknar MPT-bilderna. Klot har halvtransparenta svansar, och den fortsatta rörelsen av klot över duken resulterar i en ansamling av färg. Figur 6 (Video 6), skapad med "Transition" -koden, är en enklare bild utan svansar, istället visar endast konturen av klot som rör sig över en svart bakgrund.
Produktformatet möjliggör anpassning och presentation av data på ett antal sätt. Skärminspelningar av animationerna som genereras med denna kod används för att skapa uppslukande vetenskapliga kommunikationsutställningar genom att helt enkelt ansluta en dator eller bärbar dator till en projektor och ställa in ett lämpligt visningsutrymme. Uppslukande och interaktiva utställningar skapas genom att iscensätta ett galleri med flera projektorer, stafflier, skumbrädor, ett sidobord med mikroskop, djuphavslera och mikrofossiler för gäster att undersöka (figur 7 och figur 8). Detta galleri möjliggör ett riktat flöde av fottrafik, där besökare går in i ett rum med fyra skumbrädor som stöds av stafflier. Varje tavla fungerar som en arbetsyta för att projicera en av MPT 4,5-bilderna (figur 7). När betraktaren går in i rummet, bortom MPT-projektionerna, visar en annan projektor framtidsbilderna över galleriets väggar och golv och uppmanar betraktaren att "gå in i framtiden" (figur 8). Utöver framtidsprojektionen sätts ett bord upp med ett dissekeringsmikroskop, mikroskopglas som innehåller fossila plankton och djuphavssediment och information som förklarar hur forskare använder djuphavslera för att förstå tidigare klimat och förfina framtida klimatprognoser. I slutändan förvandlar detta arbete oceanografiska och klimatdatakalkylblad till grafik som fungerar som grund för en uppslukande installation och bjuder in publiken att gå igenom geologisk tid och bevittna våra klimatförändringar på grund av naturliga och antropogena drivkrafter.
Bild 1: Bild genererad från data och kod för MPT 1. Detta visar det tidigaste tidssegmentet (~ 1,2-1,118 miljoner år sedan) före glacial-interglacial förlängning och glacial kylning. Orbs representerar unika datavärden, där RGB-färgvärden skalas till alkenonbaserade havsytemperaturuppskattningar5 och storleken ökar som en funktion av kväveisotopsammansättningen av foraminifera4, vilket är relaterat till förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol vid IODP Site U1475. Detta är en stillbild tagen från Video 1. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Bild 2: Bild genererad från MPT 2-data och -kod. Detta visar det näst tidigaste tidssegmentet (~ 1,112-1,06 miljoner år sedan), vilket är omedelbart före glacial-interglacial förlängning och glacial kylning. Orbs representerar unika datavärden, där RGB-färgvärden skalas till alkenonbaserade havsytemperaturuppskattningar5 och storleken ökar som en funktion av kväveisotopsammansättningen av foraminifera4, vilket är relaterat till förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol vid IODP Site U1475. Detta är en stillbild tagen från Video 2. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Bild 3: Bild genererad från MPT 3-data och -kod. Detta visar det näst senaste tidssegmentet, när glacial-interglaciala cykler förlängs (~ 1,06 miljoner till 900 000 år sedan). Orbs representerar unika datavärden, där RGB-färgvärden skalas till alkenonbaserade havsytemperaturuppskattningar5 och storleken ökar som en funktion av kväveisotopsammansättningen av foraminifera4, vilket är relaterat till förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol vid IODP Site U1475. Detta är en stillbild tagen från Video 3. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Bild 4: Bild genererad från MPT 4-data och -kod. Detta visar det senaste tidssegmentet, när längre glacial-interglaciala cykler var mer etablerade (~ 900 000-600 000 år sedan). Orbs representerar unika datavärden, där RGB-färgvärden skalas till alkenonbaserade havsytemperaturuppskattningar5 och storleken ökar som en funktion av kväveisotopsammansättningen av foraminifera4, vilket är relaterat till förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol vid IODP Site U1475. Detta är en stillbild tagen från Video 4. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 5: Ackumulationsbild genererad från framtida data och kod. Detta visar en modellprojektion för framtida antropogen uppvärmning baserad på temperaturuppskattningar av RCP 8.5-modellmedelvärden för New York, NY7. Storleken och hastigheten slumpas som förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol, och klimatförändringshastigheten är osäker. Detta är en stillbild tagen från Video 5. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Bild 6: Övergångsbild genererad från framtida data och kod. Detta visar en modellprojektion för framtida antropogen uppvärmning baserad på temperaturuppskattningar av RCP 8.5-modellmedelvärden för New York, NY7. Storleken och hastigheten slumpas som förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol, och klimatförändringshastigheten är osäker. Detta är en stillbild tagen från Video 6. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 7: Bild av projektionsinstallationen med fyra paneler där MPT-data visas bakom ett visningsprogram och ett upplyst informationsbord. Detta visar en del av installationen när betraktaren kommer in i rummet där de tidigaste MPT-data presenteras. Video 1, Video 2, Video 3 och Video4 projiceras individuellt på varje panel, i ordning från vänster till höger. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 8: Bild av den uppslukande väggprojektionen. Detta visar tittarna som går förbi en animering av framtida temperaturuppskattningar från RCP 8.5-modellmedelvärden för New York, NY7. I den här animeringen (Video 5) ökade RGB Green-färgvärdet avsevärt, vilket gav ett mer gulfärgat visuellt objekt. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Video 1: Animering genererad från MPT 1-data och -kod. Detta visar en skärminspelad video av animeringen som genereras från MPT 1-data och -kod. Detta motsvarar det tidigaste tidssegmentet (~1,2-1,118 miljoner år sedan) före glacial-interglacial förlängning och glacial kylning. Orbs representerar unika datavärden där RGB-färgvärden skalas till alkenonbaserade uppskattningar av havsytemperaturen5 och storleken ökar som en funktion av kväveisotopsammansättningen av foraminifera4, vilket är relaterat till förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol vid IODP Site U1475. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Video 2: Animering genererad från MPT 2-data och -kod. Detta visar en skärminspelad video av animeringen som genereras från MPT 2-data och -kod. Detta motsvarar det näst tidigaste tidssegmentet (~ 1,112-1,06 miljoner år sedan), vilket är omedelbart före glacial-interglacial förlängning och glacial kylning. Orbs representerar unika datavärden, där RGB-färgvärden skalas till alkenonbaserade havsytemperaturuppskattningar5 och storleken ökar som en funktion av kväveisotopsammansättningen av foraminifera4, vilket är relaterat till förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol vid IODP Site U1475. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Video 3: Animering genererad från MPT 3-data och -kod. Detta visar en skärminspelad video av animeringen som genereras från MPT 3-data och kod. Detta motsvarar det näst senaste tidssegmentet, när glacial-interglaciala cykler förlängs (~ 1,06 miljoner till 900 000 år sedan). Orbs representerar unika datavärden, där RGB-färgvärden skalas till alkenonbaserade havsytemperaturuppskattningar5 och storleken ökar som en funktion av kväveisotopsammansättningen av foraminifera4, vilket är relaterat till förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol vid IODP Site U1475. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Video 4: Animering genererad från MPT 4-data och -kod. Detta visar en skärminspelad video av animeringen som genereras från MPT 4-data och -kod. Detta motsvarar det senaste tidssegmentet, då längre glacial-interglaciala cykler var mer etablerade (~ 900 000-600 000 år sedan). Orbs representerar unika datavärden, där RGB-färgvärden skalas till alkenonbaserade havsytemperaturuppskattningar5 och storleken ökar som en funktion av kväveisotopsammansättningen av foraminifera4, vilket är relaterat till förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol vid IODP Site U1475. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Video 5: Ackumulationsanimering genererad från framtida data och kod. Detta visar en skärminspelad video av animeringen som genereras från framtida data och kod. Färgen skalas till en modellprojektion för framtida antropogen uppvärmning baserat på temperaturuppskattningar av RCP 8.5-modellmedelvärden för New York, NY7. Storlek och hastighet randomiseras som förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol, och klimatförändringshastigheten är osäker. En svans är tillåten i koden, vilket resulterar i en ansamling av färg. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Video 6: Övergångsanimering genererad från framtida data och kod. Detta visar en skärminspelad video av animeringen som genereras från framtida data och kod. Färgen skalas till en modellprojektion för framtida antropogen uppvärmning baserat på temperaturuppskattningar av RCP 8.5-modellmedelvärden för New York, NY7. Storlek och hastighet randomiseras som förmågan hos primära producenter i havet att ta upp kol, och klimatförändringshastigheten är osäker. Ingen svans är tillåten i koden, vilket resulterar i ingen ansamling av färg. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Kompletterande figur 1: Bild av kodningsprogramvara och koddefinierande variabler som ska länkas till data eller användas för att anpassa visuella parametrar. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande bild 2: Bild av kodningsprogram och kod som läser in data i arbetsytan. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 3: Bild av kodningsprogramvara och kod som definierar visuella parametrar för arbetsytan och tillämpar en for-slinga för att länka data till specifika visuella egenskaper. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 4: Bild av kodningsprogramvara och kod som tillämpar en for-slinga för att definiera en svanslängd för varje klot. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 5: Bild av kodningsprogramvara och kod som ritar animationen, med tillämpning av en Perlin-brusalgoritm för att definiera form och rörelse för bilder. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande kodningsfil 1: "Graden av osäkerhet_MPT 1. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande kodningsfil 2: "Graden av osäkerhet_MPT 2. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande kodningsfil 3: "Graden av osäkerhet_MPT 3. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande kodningsfil 4: "Graden av osäkerhet_MPT 4. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande kodningsfil 5: "Graden av osäkerhet"_Future. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Detta arbete belyser nyttan av generativ konst för vetenskaplig kommunikation. Arbetsflödet kan användas för att översätta befintliga data till element i en animering. Medan animationsutdata från detta arbete är unika genom att varje gång koden körs skapas en annan version av animeringen, skalas de visuella elementen till geokemiska och klimatmodelldata; Således förblir element som färg, hastighet och storlek konstanta, så länge indata förblir desamma. Detta möjliggör också en direkt jämförelse av dessa visuella element för att dra slutsatser om data.
Geokemiska mätningar från djuphavssediment och modelluppskattningar för framtida antropogen uppvärmning används inom en Perlin Noise-algoritm11 och omvandlas till uppslukande installationer. Animationer genererade från paleoceanografiska data fungerar som en baslinje för jämförelse för modelluppskattningarna av framtida temperaturer. Djuphavssediment är ett arkiv över tidigare klimat och en ovärderlig resurs för att förstå klimatsystemet12,13. Visuella objekt genereras med en Perlin Noise-algoritm, vald för dess förmåga att smidigt flytta gränsen för genererade former. Här tillämpas en Perlin Noise-algoritm på punkterna som beskriver en cirkel, vilket i slutändan skapar en organisk form som smidigt rör sig över bakgrunden. Cirkeln väljs på grund av dess likhet i form med tvärsnittet av en sedimentkärna, liksom likheten med en cell när brus läggs till konturen. Detta genererar organiska former som berör arten av dessa geokemiska register eftersom de kommer från marina primära producenter, eller små organismer som fotosyntetiserar och konsumerar näringsämnen och kol i havet13. Dessa organismer förändrar både det globala klimatet genom konsumtion av kol och registrerar tidigare förändringar i havet genom bevarande av klimatsignaler i den kemiska sammansättningen av sina skal, som bevaras i havssediment. Skiktningen av former, eller klot, i varje visuellt objekt skapar en ansamling av färg i animationerna och antyder bevarandet av dessa paleoceanografiska poster, som bevaras genom skiktning av sediment i havsbassänger, vilket ytterligare knyter visuella till geologiska processer.
Den röda, gröna, blå (RGB) decimalkoden används för att kvantitativt skala färg med temperaturuppskattningar från marina primärproducenter som mäts på alkenoner, eller långa kolkedjor vars struktur varierar med temperatur5. I dessa bilder indikerar röda och orange färger varmare temperaturer. Olika färger används i skalningen av geokemiska data och framtida prognoser eftersom de data som används här inte är direkt relaterade (på grund av arten av tillgängliga projektionsdata och de regioner som är intressanta för författarna). I framtida iterationer kan färgen skalas på samma sätt mellan alla animeringar för att möjliggöra direkt jämförelse av data.
Klotets hastighet definieras av den relativa klimatförändringshastigheten, uppskattad som antalet glaciala eller interglaciala stadier dividerat med tiden i år. Detta beräknas genom att räkna antalet glaciala eller interglaciala perioder i varje tidsintervall, med varje period definierad av Lisiecki &; Raymo12. Framtidsprognoserna (figur 5 och figur 6) har slumpmässiga hastigheter eftersom de inte täcker en fullständig glacial eller interglacial cykel och återspeglar en signifikant avvikelse från den naturliga rytmen i jordens klimat. Samtidigt är randomiseringen av data inte tydlig i de visuella objekten och fungerar kanske mer som ett nödvändigt steg för att säkerställa att ett visuellt objekt kan göras även i frånvaro av data, snarare än att vara en betydande symbol för osäkerhet för tittaren. Det finns verkligen utrymme att experimentera i framtida iterationer om hur man förmedlar osäkerhet i mer gripande former, eftersom osäkerhet inte är trivial i förmågan att förstå framtida klimat.
Storleken på klot beror på kväveisotopsammansättningen av fossila plankton, ett mått på primärproducenternas upptag av näringsämnen och kol, vilket kan förvärra eller mildra klimatförändringarna. Det valdes eftersom det representerar en länk mellan biologi och globalt klimat13. Det är fortfarande osäkert i vilken utsträckning biologi kan kompensera för framtida ökningar av atmosfärisk koldioxid, men införlivandet av dessa data i visuella fungerar som en påminnelse om klimatsystemets komplexitet och skärningspunkten mellan biologi och geologi. På samma sätt som klotets hastighet finns det inga data för detta mått i framtida prognoser, så randomiserade hastigheter används i frånvaro av data. Andra iterationer av detta arbete kan ersätta kväveisotopsammansättningen av foraminifera med syreisotopsammansättningen av bentiska foraminifera, vilket antas återspegla globala förändringar i temperatur och isvolym12. Trots utmaningar med att ställa animationer av förflutna och framtid mot varandra, belyser detta arbete skillnaderna mellan naturliga och antropogena klimatförändringar och fungerar som ett användbart första steg i skapandet av generativ klimatkonst.
För att integrera animationer i konkreta upplevelser används projektionstekniker för att skapa en uppslukande utställning där gästerna går genom geologisk tid och in i framtiden. Det är viktigt att notera att temperaturprognoser från RCP-scenarier inte är direkt relaterade till tidigare havsytemperaturer, och proxies från den geologiska posten är ofullkomliga och har sina egna fördomar. Ändå ger detta arbete en grund för införandet av djuphavsgeokemiska register och klimatmodellutgångar i modern konst, samtidigt som man eliminerar hinder för inträde till klimatvetenskapen.
Detta arbete bygger på publikens abstrakta intuition för att urskilja skillnader mellan dessa diskreta delmängder av tid, vilket ger ett nytt sätt att engagera sig i vetenskapliga data. Utan att förlita sig på text, ljud eller bakgrundskunskap som behövs för att korrekt tolka data, får tittarna en känsla för klimatförändringens omfattning och hastighet genom diskreta delmängder av tid med enkla element som färg och hastighet som styr deras intuition. Detta arbete är inte utan begränsningar; Som nämnts ovan finns det tydliga skillnader i datatillgänglighet, jämförbarhet och plats. Även om vi har begränsat dessa animationer till författarens regioner och tidsperioder av intresse, kan detta protokoll enkelt tillämpas på data från många fler platser, som spänner över olika tidsintervall och delas i format som vi ännu inte har utforskat. Vidare, under utställningarna av dessa animationer, fick tittarna hjälp av affischer, mikroskopskärmar och korta verbala förklaringar som gav sammanhang som var viktigt för att förstå syftet med utställningen. Även om denna studie inte bedömde effektiviteten av denna strategi för vetenskaplig kommunikation, skulle framtida arbete dra nytta av undersökningar eller en social studieanalys för att bedöma effektiviteten hos dessa bilder för att både förmedla klimatdata och väcka nyfikenhet hos publiken. Trots dessa begränsningar tillhandahåller detta ramverk ett sätt att införliva ett brett spektrum av geologiska data och / eller klimatdata i generativ konst som kan integreras i digitala och interaktiva format för vetenskaplig kommunikation.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna erkänner att inga kända intressekonflikter existerar vid denna tidpunkt
Acknowledgments
Vi vill tacka Georgia Rhodos och Stuart Copeland för stöd i början av detta projekt – deras uppmuntran och mentorskap var avgörande för vår framgång. Vi vill också lyfta fram nyttan av https://p5js.org/reference/ som en resurs för att lära sig koda i JavaScript. Detta material är baserat på arbete som delvis stöds av National Science Foundation under EPSCoR Cooperative Agreement #OIA-1655221 och deras Vis-a-Thon program och av Rhode Island Sea Grant [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).
