The reliability of single precision computations in the simulation of deep soil heat diffusion in a land surface model
Notice bibliographique
Résumé
Climate models need discretized numerical algorithms and finite precision arithmetic to solve their differential equations. Most efforts to date have focused on reducing truncation errors due to discretization effects, whereas rounding errors due to the use of floating-point arithmetic have received little attention. However, there are increasing concerns about more frequent occurrences of rounding errors in larger parallel computing platforms (due to the conflicting needs of stability and accuracy vs. performance), and while this has not been the norm in climate and forecast models using double precision, this could change with some models that are now compiled with single precision, which raises questions about the validity of using such low precision in climate applications. For example, processes occurring over large time scales such as permafrost thawing are potentially more vulnerable to this issue. In this study we analyze the theoretical and experimental effects of using single and double precision on simulated deep soil temperature from the Canadian LAnd Surface Scheme (CLASS), a state-of-the-art land surface model. We found that reliable single precision temperatures are limited to depths of less than about 20–25 m while double precision shows no loss of accuracy to depths of at least several hundred meters. We also found that, for a given precision level, model accuracy deteriorates when using smaller time steps, further reducing the usefulness of single precision. There is thus a clear danger of using single precision in some climate model applications, in particular any scientifically meaningful study of deep soil permafrost must at least use double precision. In addition, climate modelling teams might well benefit from paying more attention to numerical precision and roundoff issues to offset the potentially more frequent numerical anomalies in future large-scale parallel climate applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».