За да стане климатично неутрален до 2050 г., Европейският съюз стартира две амбициозни програми: Зелената сделка
Данните за наблюдението ще се въвеждат непрекъснатоцифров близнак, за да направи цифровия модел на Земята по-точен за проследяване на еволюцията и прогнозиране на възможни бъдещи траектории на промяна. Но в допълнение към наблюдаваните данни, които обикновено се използват за моделиране на времето и климата, изследователите искат да интегрират в модела и нови данни за съответните човешки дейности. Новият модел на земната система ще покаже практически всички процеси на повърхността на планетата възможно най-реалистични, включително човешкото влияние върху управлението на водните ресурси, храните и енергията, както и процесите във физическата система.
Цифровият близнак има за цел да бъде информационна система, която разработва и тества сценарии, които демонстрират по-устойчиво развитие и по този начин по-добре информират политиката.
„Например, ако планирате да строитедвуметров язовир в Холандия, мога да погледна данните в моя дигитален близнак и да проверя дали язовирът все още ще предпазва от очакваните екстремни събития през 2050 г."
Питър Бауер е заместник-директор по изследванията в Европейския център за средносрочни прогнози за времето (ECMWF) и съинициатор на Destination Earth.
Цифровият близнак ще се използва и за стратегическо планиране на доставки на прясна вода и храни или на вятърни и слънчеви електроцентрали.
Изследователите казват какво да обмислятстабилно развитие на метеорологичните модели от 40-те години на миналия век. Метеоролозите бяха първите, които започнаха да моделират физически процеси на най-големите компютри в света. Днешните модели на времето и климата са идеални за дефиниране на изцяло нови начини за ефективно използване на суперкомпютрите за много други научни дисциплини.
В миналото при моделиране на времето и климатаизползва различни подходи за моделиране на земната система. Докато климатичните модели представляват много широк спектър от физически процеси, те обикновено не отчитат дребномащабните процеси, необходими за по-точни прогнози за времето, които от своя страна се фокусират върху по-малко процеси. Цифровият близнак ще обедини двете области и ще позволи да се симулират сложните процеси на цялата земна система с висока разделителна способност. Но за да направите това, кодовете на симулационните програми трябва да бъдат адаптирани към новите технологии, които обещават много по-висока изчислителна мощност.
С налични компютри и алгоритмиднес много сложни симулации трудно могат да бъдат извършени при планираната изключително висока разделителна способност от един километър, тъй като от десетилетия развитието на кода от гледна точка на компютърните науки спира. Изследванията на климата са се възползвали от възможността да подобрят производителността чрез използването на процесори от следващо поколение, без да е необходимо да променят програмата си. Този безплатен тласък на производителността с всяко ново поколение процесори спря преди около 10 години. В резултат на това съвременните програми често могат да използват само 5% от максималната производителност на конвенционалните процесори.
За да постигнат необходимите подобрения, учениподчертават необходимостта от съвместен дизайн, т.е. съвместно и едновременно разработване на хардуер и алгоритми, което беше успешно демонстрирано от изследователския екип през последните десет години. Те предлагат да се обърне специално внимание на общите структури от данни, оптимизирано пространствено вземане на проби от изчислената мрежа и оптимизиране на дължините на стъпките във времето. Учените също искат да отделят кодовете за решаване на научен проблем от кодове, които извършват оптимално изчисление в съответната архитектура на системата. Тази по-гъвкава програмна структура ще позволи по-бързо и по-ефективно преминаване към бъдещи архитектури.
Авторите виждат и голям потенциал визкуствен интелект. Може да се използва, например, за асимилиране на данни или обработка на данни от наблюдения, представяне на недефинирани физически процеси в модели и компресиране на данни. По този начин AI може да ускори моделирането и да филтрира най-важната информация от големи количества данни. Освен това изследователите предполагат, че използването на машинно обучение не само прави изчисленията по-ефективни, но също така може да помогне за по-точното описание на физическите процеси.
Учените преглеждат своя стратегически документкато отправна точка по пътя към създаването на цифров близнак на Земята. Сред компютърните архитектури, налични днес и очаквани в близко бъдеще, суперкомпютрите, базирани на графични процесори (GPU), изглеждат най-обещаващата опция. Изследователите изчисляват, че пълномащабният цифров близнак ще изисква система с приблизително 20 000 графични процесора и приблизително 20 мегавата мощност. Както от икономически, така и от екологични причини, такъв компютър трябва да работи на място, където електричеството, генерирано с неутрален CO2, е налично в достатъчно количество.
Прочетете също:
Физиците са създали аналог на черна дупка и са потвърдили теорията на Хокинг. Къде води?
Учените откриха ограничението на скоростта в квантовия свят.
Аборт и наука: какво ще се случи с децата, които ще раждат.