For at blive klimaneutral i 2050 har EU lanceret to ambitiøse programmer: Den grønne aftale
Observationsdata indgås løbendeen digital tvilling for at gøre den digitale jordmodel mere nøjagtig til at spore udvikling og forudsige mulige fremtidige forandringsbaner. Men ud over de observationsdata, der ofte bruges til at modellere vejr og klima, vil forskerne også integrere nye data om relevante menneskelige aktiviteter i modellen. Den nye model af jordsystemet vil vise næsten alle processer på planetens overflade så realistisk som muligt, herunder den menneskelige indflydelse på forvaltningen af vandressourcer, mad og energi samt processer i det fysiske system.
Den digitale tvilling har til formål at være et informationssystem, der udvikler og tester scenarier, der demonstrerer mere bæredygtig udvikling og dermed bedre informerer politik.
”For eksempel hvis du planlægger at byggeto meter dæmning i Holland, kan jeg se på dataene i min digitale tvilling og tjekke, om dæmningen stadig vil beskytte mod forventede ekstreme begivenheder i 2050."
Peter Bauer er vicedirektør for forskning ved European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) og medinitiativtager til Destination Earth.
Den digitale tvilling vil også blive brugt til strategisk planlægning af ferskvand og madforsyning eller vind- og solenergianlæg.
Forskere siger, hvad de skal overvejekonstant udvikling af vejrmønstre siden 1940'erne. Meteorologer var de første til at starte modellering af fysiske processer på verdens største computere. Dagens vejr- og klimamodeller er ideelle til at definere helt nye måder at bruge supercomputere effektivt til mange andre videnskabelige discipliner.
Tidligere ved modellering af vejr og klimabrugte forskellige tilgange til modellering af jordsystemet. Mens klimamodeller repræsenterer en meget bred vifte af fysiske processer, tager de normalt ikke højde for de små processer, der kræves for mere nøjagtige vejrudsigter, som igen fokuserer på færre processer. Den digitale tvilling vil forene begge områder og gøre det muligt at simulere de komplekse processer i hele jordsystemet i høj opløsning. Men for at gøre dette skal koderne for simuleringsprogrammerne tilpasses til nye teknologier, der lover betydeligt højere computerkraft.
Med computere og algoritmer til rådighedI dag kan meget komplekse simuleringer næppe udføres ved den planlagte ekstremt høje opløsning på en kilometer, for i årtier har udviklingen af kode fra et datalogisk synspunkt stoppet. Klimaforskning har draget fordel af evnen til at forbedre ydeevnen ved brug af næste generations processorer uden behov for at revidere sit program. Denne gratis ydeevne med hver nye generation af processorer stoppede for omkring 10 år siden. Som et resultat kan moderne programmer ofte kun bruge 5% af den maksimale ydeevne for konventionelle processorer.
For at opnå de nødvendige forbedringer, forskereunderstrege behovet for samarbejdsdesign, det vil sige den fælles og samtidige udvikling af hardware og algoritmer, som er blevet demonstreret med succes af forskergruppen i løbet af de sidste ti år. De foreslår at være særligt opmærksomme på generelle datastrukturer, optimeret rumlig sampling af det beregnede gitter og optimering af tidstrinlængder. Forskere ønsker også at afkoble koder til løsning af et videnskabeligt problem fra koder, der udfører optimal beregning i den tilsvarende systemarkitektur. Denne mere fleksible programstruktur muliggør hurtigere og mere effektiv skift til fremtidige arkitekturer.
Forfatterne ser også et stort potentiale ikunstig intelligens. Det kan for eksempel bruges til at assimilere data eller behandle observationsdata, repræsentere udefinerede fysiske processer i modeller og komprimere data. AI kan således fremskynde modellering og filtrere de vigtigste oplysninger ud af store datamængder. Derudover foreslår forskerne, at brugen af maskinlæring ikke kun gør beregningerne mere effektive, men også kan hjælpe med at beskrive fysiske processer mere præcist.
Forskere gennemgår deres strategipapirsom udgangspunkt på vejen til at skabe en digital tvilling af jorden. Blandt de computerarkitekturer, der er tilgængelige i dag og forventes i den nærmeste fremtid, ser supercomputere baseret på grafikbehandlingsenheder (GPU'er) ud til at være den mest lovende mulighed. Forskere vurderer, at en digital tvilling i fuld skala vil kræve et system med cirka 20.000 GPU'er og cirka 20 megawatt strøm. Af både økonomiske og miljømæssige årsager skal en sådan computer fungere et sted, hvor den CO2-neutrale elektricitet er tilgængelig i tilstrækkelige mængder.
Læs også:
Fysikere har skabt en analog til et sort hul og bekræftet Hawkings teori. Hvor det fører hen?
Forskere har opdaget hastighedsgrænsen i kvanteverdenen.
Abort og videnskab: hvad vil der ske med de børn, der føder.