支持单位：计算方法和可视化

“计算方法和可视化”用理论和应用计算机科学的新方法支持气候政策建议。我们开发并应用独立类型的特定领域语言、经验证的优化控制方法、可视化分析、可视化数据通信和气候服务，以了解、量化和传达不确定性对尊重行星边界和全球生存能力约束的气候政策的影响。

动机和目标

弥合气候科学和政策建议之间的差距需要跨学科的努力和来自各个学科的贡献：控制和博弈论、专家启发、基于主体的建模和仿真。如果没有语言支持以精确、可决定的方式制定责任（政策）、安全（操作空间）或承诺的概念，这家企业的基础就不稳固。理论计算机科学可以为这些语言带来重大贡献。我们开发小型、嵌入式、依赖类型的特定领域语言，用于制定和解决气候政策的关键问题。其中包括不可避免的不确定性（例如，由于立法的惯性）对最佳政策的影响，太阳辐射管理措施对缓解大气中高温室气体浓度影响的适用性，以及可避免性、承诺、，责任和小费行为。

在我们跨领域活动的视觉分析重点范围内，我们为德国、秘鲁、坦桑尼亚和印度开发了可视化解决方案，并开展调查，调查气候视觉的文化依赖性感知。开发、验证和改进气候服务解决方案（例如针对金融部门）。此外，我们使用计算机视觉和模式识别方法来分析气候图像和气候数据。

气候政策咨询的正式方法

类型理论是一个用于建模和编程的成熟框架[1]：它是成熟的，具有可靠的实现（NuPRL、Coq、Agda、Idris、Lean）和无可挑剔的数学证书。它也是开发计算理论[4]、嵌入式领域特定语言和验证方法[1,2]的理想框架。

在过去的十年里，我们与P.Jansson（瑞典哥德堡查尔默斯理工大学）、C.Ionescu（德国德根多夫THD和英国牛津大学）和Tim Richter（波茨坦大学）合作，开发了一元不确定性下有限时域序列决策问题的描述与求解框架.

这些问题在气候研究中普遍存在。例如，它们出现在综合评估模型、国际环境协定模型、程式化温室气体排放[3]和太阳辐射管理问题中。

一方面，该框架支持正式规定政策目标，例如，将减排和太阳辐射管理措施混合起来，以使气候结束经济体系保持在某些“安全”的范围内。另一方面，它支持计算最优策略。这些是在不同类型的不确定性下可证明（机器检查）实现目标的政策。

与M.Crucifix（UCL，比利时卢瓦因拉纽夫）合作，在欧洲TiPES（地球系统倾卸点）项目框架内，我们开发了专门针对小领域的语言，用于测量决策对温室气体排放的影响，以及太阳辐射管理措施对缓解倾弃行为不确定性下气候变化影响的适用性。

可视化和可视化分析

可视化是一种既定的灵活工具，用于分析与气候相关的数据，并将气候影响研究结果传达给决策者和公众。然而，它面临着多重挑战：

• 气候数据集的异质性特征[5]，
• 要执行的多项任务[6]，以及
• 气候科学背景的复杂性。

我们通过使最先进的可视化技术和工具（包括自己的开发）易于科学家和其他用户群体（如教师和学生）使用来解决这些问题：

• 集合气候模拟数据的可视化分析/不确定性可视化，
• 气候网络可视化[7]，以及
• 气候和影响知识传播/网络平台（与RD2一起）
• 德国KlimafolgenOnline[8](KlimafolgenOnline.com，气候影响在线.com，Klimafolgen在线-Bildung.de)
• 针对发展中国家（目前为坦桑尼亚和秘鲁）的新KlimafolgenOnline原型：kfo.pik-potsdam.de餐厅，有关测试帐户，请联系我们klimafolgen@pik-potsdam.de。

灵敏度和不确定性

地球系统的复杂性、过程的内在可变性以及我们对所考虑子系统的有限了解，都要求对建模研究的结果进行仔细的质量保证。特别是，在通过模拟模型研究气候（影响）现象时，不确定性的量化和敏感过程、参数或初始值的识别具有持续的重要性。

为了支持建模师和分析师，我们开发了多运行仿真环境SimEnv公司[11] 主要用于模型输出的敏感性和不确定性分析。通用实验类型基于因子空间中的概率、确定性和贝叶斯采样方案，允许进行灵活的实验和后期分析。

主要出版物

1. Ionescu C.、Jansson P.、Botta N.（2018）《类型理论作为建模和编程框架》。收录：Margaria T.、Steffen B.（编辑）《利用形式方法的应用、验证和确认》。建模。ISoLA 2018。计算机科学课堂讲稿，第11244卷。查姆施普林格
2. N.Brede，N.Botta，通用动态编程的语义验证。准备中。
3. N.Botta、P.Jansson、C.Ionescu。（2018）不确定性对最优排放政策的影响。地球系统。发电机。，9, 525-542, 2018.
4. Botta，N.、Jansson，P.和Ionescu，C.（2017年）。对政策建议和可避免性计算理论的贡献。J.功能。程序。，27，e23
5. H.-J.Schulz、T.Nocke、M.Heitzler、H.Schumann（2017）表格数据可视化分析中数据描述符的系统观《信息可视化》，第16卷（3），第232-256页。
6. H.-J.Schulz，T.Nocke，M.Heitzler，H.Schumann（2013）可视化任务的设计空间。IEEE可视化和计算机图形学报19（12），2366-2375，DOI:10.1109/TVCG.2013.120，IEEE InfoVis 2013。
7. T.Nocke、S.Buschmann、J.F.Donges、N.Marwan、H.-J.Schulz、C.Tominski（2015）综述：气候网络的可视化分析《地球物理中的非线性过程》，22，545-570。
8. I.Blumenthal，C.Schlenther，S.Hirsbrunner，M.Stock，T.Nocke（2018）：德国学校的气候影响——教育门户解决方案摘自：Leal Filho W.等人（编辑）《气候变化传播手册》：第3卷。气候变化传播案例研究。施普林格，209-223。
9. B.Schneider、T.Nocke、G.Feulner（2014）扭曲与呐喊：怀疑论气候媒体中的图像与图表，摘自B.Schneider和T.Nocke（编辑）：《气候变化的图像政治》，抄本Verlag，ISBN 978-3-8376-2610-0，第153-186页。
10. B.Schneider，T.Nocke（2017）红色和蓝色的感觉——视觉气候变化传播中颜色映射的建构性批判摘自：Leal Filho W.等人（编辑）《气候变化传播手册》：第2卷。气候变化管理。施普林格，289-303。
11. M.Flechsig，U.Böhm，T.Nocke，C.Rachimow（2013）多运行仿真环境SimEnv。用户指南V3.1。PIK波茨坦，http://www.pik-potsdam.de/software/simenv

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