Aby se Evropská unie do roku 2050 stala klimaticky neutrální, zahájila dva ambiciózní programy: Zelenou dohodu
Pozorovací data budou průběžně zadávánadigitální dvojče, aby byl digitální model Země přesnější, aby sledoval vývoj a předpovídal možné budoucí trajektorie změn. Vedle pozorovacích údajů běžně používaných k modelování počasí a podnebí však chtějí vědci do modelu integrovat také nová data o příslušných lidských činnostech. Nový model systému Země bude zobrazovat téměř všechny procesy na povrchu planety co nejrealističtěji, včetně vlivu lidí na správu vodních zdrojů, potravin a energie, jakož i procesů ve fyzickém systému.
Digitální dvojče má za cíl být informačním systémem, který vyvíjí a testuje scénáře, které demonstrují udržitelnější rozvoj, a tím lépe informují politiku.
„Například pokud plánujete stavětdvoumetrové přehradě v Nizozemsku, mohu se podívat na data ve svém digitálním dvojčeti a zkontrolovat, zda přehrada bude stále chránit před očekávanými extrémními událostmi v roce 2050.“
Peter Bauer je zástupcem ředitele pro výzkum v Evropském centru pro střednědobé předpovědi počasí (ECMWF) a spoluiniciátorem projektu Destination Earth.
Digitální dvojče bude také použito pro strategické plánování dodávek sladké vody a potravin nebo větrných a solárních elektráren.
Vědci říkají, co je třeba vzít v úvahustabilní vývoj povětrnostních vzorů od 40. let 20. století. Meteorologové byli první, kdo začal modelovat fyzikální procesy na největších počítačích na světě. Dnešní modely počasí a klimatu jsou ideální pro definování zcela nových způsobů, jak efektivně využívat superpočítače pro mnoho dalších vědeckých oborů.
V minulosti při modelování počasí a podnebípoužili různé přístupy k modelování systému Země. Zatímco klimatické modely představují velmi širokou škálu fyzikálních procesů, obvykle nezohledňují procesy malého rozsahu, které jsou vyžadovány pro přesnější předpovědi počasí, které se zase zaměřují na méně procesů. Digitální dvojče spojí obě oblasti a umožní simulaci složitých procesů celého systému Země ve vysokém rozlišení. K tomu však musí být kódy simulačních programů přizpůsobeny novým technologiím, které slibují výrazně vyšší výpočetní výkon.
S dostupnými počítači a algoritmydnes je velmi obtížné provádět velmi složité simulace při plánovaném extrémně vysokém rozlišení jednoho kilometru, protože vývoj kódu se po celá desetiletí zastavil z pohledu počítačové vědy. Climate Research těží ze schopnosti zvyšovat výkon pomocí procesorů nové generace, aniž by bylo nutné přepracovávat jeho program. Toto bezplatné zvyšování výkonu s každou novou generací procesorů se zastavilo asi před 10 lety. Výsledkem je, že moderní programy mohou často využívat pouze 5% maximálního výkonu konvenčních procesorů.
K dosažení nezbytných zlepšení, vědcizdůrazňují potřebu společného designu, tj. společného a současného vývoje hardwaru a algoritmů, který výzkumný tým úspěšně prokázal za posledních deset let. Navrhují věnovat zvláštní pozornost obecným datovým strukturám, optimalizovanému prostorovému vzorkování vypočítané mřížky a optimalizaci délek časových kroků. Vědci také chtějí oddělit kódy pro řešení vědeckého problému od kódů, které provádějí optimální výpočet na příslušné architektuře systému. Tato flexibilnější struktura programu umožní rychlejší a efektivnější přechod na budoucí architektury.
Autoři také vidí velký potenciál vumělá inteligence. Lze jej použít například k asimilaci dat nebo zpracování pozorovacích dat, reprezentaci nedefinovaných fyzických procesů v modelech a kompresi dat. AI tak může urychlit modelování a odfiltrovat nejdůležitější informace z velkého množství dat. Vědci navíc naznačují, že použití strojového učení nejen zefektivňuje výpočty, ale může také pomoci přesněji popsat fyzikální procesy.
Vědci přezkoumávají své strategické dokumentyjako výchozí bod na cestě k vytvoření digitálního dvojčete Země. Mezi dnes dostupnými počítačovými architekturami, které se očekávají v blízké budoucnosti, se jako nejslibnější možnost jeví superpočítače založené na grafických procesorech (GPU). Vědci odhadují, že digitální dvojče v plném rozsahu bude vyžadovat systém s přibližně 20 000 GPU a výkonem přibližně 20 megawattů. Z ekonomických i ekologických důvodů musí takový počítač fungovat v místě, kde je k dispozici dostatečné množství elektřiny generované s neutralitou CO2.
Přečtěte si také:
Fyzici vytvořili analogii černé díry a potvrdili Hawkingovu teorii. Kam to vede?
Vědci objevili rychlostní limit v kvantovém světě.
Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí.