The  Regional  Climate  Model  Evalua4on  System  (RCMES):    Introduc4on  and  Demonstra4on  

Paul  C.  Loikith,  Duane  E.  Waliser,  Chris  MaEmann,  Jinwon  Kim,  Huikyo  Lee,  Paul  M.  Ramirez,  Andrew  F.  Hart,  Cameron  E.  Goodale,  Michael  J.  Joyce,  Shakeh  E.  Khudikyan,  Maziyar  Boustani,  

Kim  Whitehall,  Alex  Goodman,  Jesslyn  WhiEell,  and  Paul  Zimdars  

WCRP  VAMOS/CORDEX  Workshop  on  La4n-­‐America  and  Caribbean  CORDEX  LAC  Phase  II-­‐Caribbean  

April,  7-­‐9,  2014      Santo  Domingo,  Dominican  Republic    

rcmes.jpl.nasa.gov  

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology  

The  Regional  Climate  Model  Evalua4on  System  (RCMES)  

•  Joint  collabora4on:    JPL/NASA,  UCLA  

•  Designed  to  facilitate  model  evalua4on  and  decision  making    

–  Provides  access  to  numerous  (NASA)  observa4on  datasets  (RCMED)  

–  Python-­‐based  built-­‐in  toolkit  (RCMET)  has  regridding  capabili4es  and  calculates  and  visualizes  several  common  metrics  (RMSE,  Bias)  

–  Connec4on  to  the  Earth  System  Grid  Federa4on  allowing  for  access  to  CORDEX  and  CMIP5  models.  

•  Ini4al  target:    CORDEX      

rcmes.jpl.nasa.gov  

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology  

RCMES  Architecture  (http://rcmes.jpl.nasa.gov; Powered by Apache Open Climate Workbench)  

Raw  Data:  Various  sources,  

formats,  Resolu4ons,  Coverage  

RCMED  (Regional  Climate  Model  Evalua4on  Database)  

A  large  scalable  database  to  store  data  from  variety  of  sources  in  a  common  format  

RCMET  (Regional  Climate  Model  Evalua4on  Tool)  A  library  of  code  for  extrac4ng  data  from  RCMED  and  model  and  for  calcula4ng  

evalua4on  metrics  

Metadata  

Data  Table  

Data  Table  

Data  Table  

Data  Table  

Data  Table  

Data  Table  Common  Format,  

Na?ve  grid,  Efficient  

architecture  

Cloud  Database  

Extractor  for  various  

data  formats  

TRMM  

MODIS  

AIRS  

CERES  

ETC  

Soil  moisture  

Extract  OBS  data   Extract  model  data  

User  input  

Regridder  (Put  the  OBS  &  model  data  on  the  

same  ?me/space  grid)  

Analyzer  Calculate  evalua?on  metrics  &  assessment  model  input  data  

Visualizer  (Plot  the  metrics)  

URL  

Use  the  re-­‐gridded  data  for  user’s  own  

analyses  and  VIS.  

Data  extractor  (Binary  or  netCDF)    

Model  data  Other  Data  Centers  (ESGF,  DAAC,  ExArch  Network)  

Assess.  modeling  

0"

10"

20"

30"

40"

50"

60"

70"

80"

90"

wrm_trm

m_pcp""

wrm_airs_SurfAirTemp_A""

ceres_par""

ceres_cre_lw_mon""

ceres_ave_sza""

Second

'

Query'"datapoint_id"'column'for'5'years'(2002:2007)'

MySQL""

PostgreSQL"

Evalua4on  of  Cloud  Compu4ng  for  Storage  &  Applica4on  of  NASA  Observa4ons  

Challenge  –  Regional  climate  model  evalua4on  with  daily  temporal  

resolu4on  to  assess  representa4on  of  extreme  events.  –  More  voluminous,  requires  scalability  in  web  services,  system  

throughput,  and  also  elas4city  based  on  study  demands  Objec?ve  

–  Understand  and  evaluate  popular  cloud  compu4ng  technologies,  and  provide  a  framework  for  selec4ng  the  best  one  for  suppor4ng  Regional  Climate  Model  Evalua4on  System  (RCMES)  &  applica4ons  such  as  the  Na4onal  Climate  Assessment  and  IPCC’s  CORDEX  regional  model  evalua4ons.  

Results    –  Conducted  evalua4on  demonstra4ng  44  %  

avg  query  4me  speedup  of  PostGIS  over  MySQL    for    5  years  of  5  parameters  of  obs  data  in  RCMES  

–  Will  incorporate  into  RCMES  to  facilitate  NCA            and  CORDEX  regional  model  evalua4ons.    

C.  MaWmann,  D.  Waliser,  J.  Kim,  C.  Goodale,  A.  Hart,  P.  Ramirez,  D.  Crichton,  P.  Zimdars,  M.  Boustani,  H.  Lee,  P.  Loikith,  K.  Whitehall,  C.  Jack,  B.  Hewitson.  Cloud  Compu4ng  and  Virtualiza4on  Within  the  Regional  Climate  Model  and  Evalua4on  System.  Earth  Science  Informa0cs,  2013.  

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology  

Meet  the  RCMES  Team  

Science  Team:      Duane  Waliser  (PI,  JPL/Caltech,  UCLA),  Jinwon  Kim  (UCLA),  Paul  Loikith  (JPL/Caltech),  Huikyo  Lee  (JPL/Caltech),    Kim  Whitehall  (Howard  University)    IT  Team:  Chris  MaWmann  (PI,  JPL/Caltech,  UCLA),  Paul  Ramirez  (JPL/Caltech),    Cameron  Goodale  (JPL/Caltech),  Michael  Joyce  (JPL/Caltech),    Maziyar  Boustani  (JPL/Caltech),  Andrew  Hart  (JPL/Caltech),    Shakeh  Khudikyan  (JPL/Caltech),    Jesslyn  WhiEel  (University  of  California,  Berkeley),    Alex  Goodman  (Colorado  State  University)    

rcmes.jpl.nasa.gov  

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology  

Ac4ve  CORDEX  Collabora4ons  

*  

*  

*  

rcmes.jpl.nasa.gov  

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology  

*   *  

*  *  

*  

Observa4ons  Remote  Sensing,  In  Situ,  Reanalysis  

•  Temperature  (AIRS,  CRU,  UDEL)  

•  Precipita4on  (TRMM,  CRU,  UDEL,  CPC,  GPCP)  

•  Radia4on/clouds  (CERES,  MODIS)    

•  Sea  surface  height  (AVISO)  

•  Sea  surface  temperature  (AMSRE)  

•  Winds  (QuikSCAT)  

•  Mul4variate  reanalysis  (MERRA,  NARR,  NLDAS,  ERA-­‐Interim)  

•  More  to  come…    

rcmes.jpl.nasa.gov  

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology  

Ongoing  Model  Evalua4on  Studies  

K-­‐means  clustering  to  evaluate  surface  temperature  variance  and  skewness  over  South  America  (Huikyo  Lee  -­‐  lead).  

Large  scale  meteorological  paEerns  associated  with  temperature  extremes  over  North  America  (Paul  Loikith  -­‐  lead  )  

Bayesian  model  averaging  for  op4mal  mul4-­‐model  ensemble  configura4ons.  (Huikyo  Lee  -­‐  lead)  

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology  

Ways  to  Use  RCMES  

•  RCMES  in  a  virtual  machine  environment  –  Downloadable  from  rcmes.jpl.nasa.gov/downloads  –  Comes  with  all  Python  libraries  installed  

•  RCMES  open  source  code  from  Apache  Open  Climate  Workbench  –  Source  code  downloadable  from  hEp://climate.incubator.apache.org/  –  Requires  all  necessary  Python  libraries  installed  on  local  machine  –  Easily  customizable,  can  interact  easily  with  your  own  model/obs  data  

•  Available  in  command  line  and  interac4ve  users  interface  (UI)  formats.  

•  Downloading  instruc4ons  available  at  rcmes.jpl.nasa.gov  

       

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology  

Future  Direc4on  •  Observa4ons  and  metrics  con4nue  to  be  added  to  RCMES  

–  Community  can  contribute  to  RCEMT  via  the  Apache  Open  Climate  Workbench  (hEp://climate.  apache.org/)  

•  Integra4on  of  metrics  into  the  RCMES  toolkit  

•  Expanding  user  community  and  fostering  new  collabora4ons  within  CORDEX  

•  Connect  to  ESGF  *  (in  progress)  

•  Webinar?  

rcmes.jpl.nasa.gov  

RCMES  Demonstra4on  

Youtube  video  at:    hEp://rcmes.jpl.nasa.gov/training/videos  

Thank  you!  

Contact  informa4on:        Paul  Loikith:  paul.c.loikith@jpl.nasa.gov  Duane  Waliser:  duane.e.waliser@jpl.nasa.gov  (science  PI)    Chris  MaEmann:  chris.a.maEmann@jpl.nasa.gov  (IT  PI)  General  ques4ons:    rcmes-­‐general@jpl.nasa.gov    

Websites:  rcmes.jpl.nasa.gov  rcmes.jpl.nasa.gov/downloads  hEp://climate.incubator.apache.org/    

Ques4ons?  

Jet  Propulsion  Laboratory  California  Ins4tute  of  Technology