Για να γίνει κλιματικά ουδέτερη έως το 2050, η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει ξεκινήσει δύο φιλόδοξα προγράμματα: την Πράσινη Συμφωνία
Τα δεδομένα παρατήρησης θα εισάγονται συνεχώςένα ψηφιακό δίδυμο για να καταστήσει το ψηφιακό μοντέλο γης πιο ακριβές για την παρακολούθηση της εξέλιξης και την πρόβλεψη πιθανών μελλοντικών τροχιών αλλαγής. Αλλά εκτός από τα δεδομένα παρατήρησης που χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μοντελοποίηση του καιρού και του κλίματος, οι ερευνητές θέλουν επίσης να ενσωματώσουν νέα δεδομένα σχετικά με τις σχετικές ανθρώπινες δραστηριότητες στο μοντέλο. Το νέο μοντέλο του συστήματος της Γης θα εμφανιστεί όσο το δυνατόν πιο ρεαλιστικά σχεδόν σε όλες τις διαδικασίες στην επιφάνεια του πλανήτη, συμπεριλαμβανομένης της ανθρώπινης επιρροής στη διαχείριση των υδάτινων πόρων, των τροφίμων και της ενέργειας, καθώς και των διαδικασιών στο φυσικό σύστημα.
Το ψηφιακό δίδυμο στοχεύει να είναι ένα πληροφοριακό σύστημα που αναπτύσσει και δοκιμάζει σενάρια που αποδεικνύουν πιο βιώσιμη ανάπτυξη και, συνεπώς, καλύτερη ενημέρωση για την πολιτική.
«Για παράδειγμα, αν σκοπεύετε να χτίσετεφράγμα δύο μέτρων στην Ολλανδία, μπορώ να κοιτάξω τα δεδομένα στο ψηφιακό μου δίδυμο και να ελέγξω αν το φράγμα θα εξακολουθεί να προστατεύει από αναμενόμενα ακραία γεγονότα το 2050».
Ο Peter Bauer είναι Αναπληρωτής Διευθυντής Έρευνας στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Μεσοπρόθεσμων Προγνώσεων Καιρού (ECMWF) και συνιδρυτής του Destination Earth.
Το ψηφιακό δίδυμο θα χρησιμοποιηθεί επίσης για στρατηγικό σχεδιασμό γλυκού νερού και προμήθειας τροφίμων ή αιολικών και ηλιακών σταθμών.
Οι ερευνητές λένε τι πρέπει να λάβουν υπόψησταθερή ανάπτυξη των καιρικών προτύπων από τη δεκαετία του 1940. Οι μετεωρολόγοι ήταν οι πρώτοι που ξεκίνησαν τη μοντελοποίηση φυσικών διαδικασιών στους μεγαλύτερους υπολογιστές του κόσμου. Τα σημερινά μοντέλα καιρού και κλίματος είναι ιδανικά για τον καθορισμό εντελώς νέων τρόπων αποτελεσματικής χρήσης υπερυπολογιστών για πολλούς άλλους επιστημονικούς κλάδους.
Στο παρελθόν κατά τη μοντελοποίηση του καιρού και του κλίματοςχρησιμοποίησε διαφορετικές προσεγγίσεις για τη μοντελοποίηση του συστήματος της Γης. Ενώ τα κλιματικά μοντέλα αντιπροσωπεύουν ένα πολύ ευρύ φάσμα φυσικών διεργασιών, συνήθως δεν λαμβάνουν υπόψη τις διαδικασίες μικρής κλίμακας που απαιτούνται για πιο ακριβείς καιρικές προβλέψεις, οι οποίες με τη σειρά τους επικεντρώνονται σε λιγότερες διαδικασίες. Το ψηφιακό δίδυμο θα ενώσει και τις δύο περιοχές και θα επιτρέψει την προσομοίωση των σύνθετων διαδικασιών ολόκληρου του συστήματος της Γης σε υψηλή ανάλυση. Αλλά για να γίνει αυτό, οι κωδικοί των προγραμμάτων προσομοίωσης πρέπει να προσαρμοστούν σε νέες τεχνολογίες που υπόσχονται σημαντικά υψηλότερη υπολογιστική ισχύ.
Με υπολογιστές και αλγόριθμουςΣήμερα, πολύπλοκες προσομοιώσεις δύσκολα μπορούν να πραγματοποιηθούν με την προγραμματισμένη εξαιρετικά υψηλή ανάλυση ενός χιλιομέτρου, διότι για δεκαετίες, η ανάπτυξη κώδικα από την οπτική της επιστήμης των υπολογιστών έχει σταματήσει. Η Κλιματική Έρευνα έχει επωφεληθεί από την ικανότητα βελτίωσης της απόδοσης μέσω της χρήσης επεξεργαστών επόμενης γενιάς χωρίς την ανάγκη αναθεώρησης του προγράμματος. Αυτή η δωρεάν αύξηση της απόδοσης με κάθε νέα γενιά επεξεργαστών σταμάτησε πριν από περίπου 10 χρόνια. Ως αποτέλεσμα, τα σύγχρονα προγράμματα μπορούν συχνά να χρησιμοποιούν μόνο το 5% της μέγιστης απόδοσης των συμβατικών επεξεργαστών.
Για να επιτευχθούν οι απαραίτητες βελτιώσεις, επιστήμονεςυπογραμμίζει την ανάγκη για συλλογικό σχεδιασμό, δηλαδή την από κοινού και ταυτόχρονη ανάπτυξη υλικού και αλγορίθμων, που έχει αποδειχθεί με επιτυχία από την ερευνητική ομάδα τα τελευταία δέκα χρόνια. Προτείνουν να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στις γενικές δομές δεδομένων, τη βελτιστοποιημένη χωρική δειγματοληψία του υπολογισμένου πλέγματος και τη βελτιστοποίηση των χρονικών βημάτων. Οι επιστήμονες θέλουν επίσης να αποσυνδέσουν κωδικούς για την επίλυση ενός επιστημονικού προβλήματος από κωδικούς που εκτελούν βέλτιστο υπολογισμό στην κατάλληλη αρχιτεκτονική του συστήματος. Αυτή η πιο ευέλικτη δομή προγράμματος θα επιτρέψει την ταχύτερη και πιο αποτελεσματική μετάβαση σε μελλοντικές αρχιτεκτονικές.
Οι συγγραφείς βλέπουν επίσης μεγάλες δυνατότητεςτεχνητή νοημοσύνη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για να αφομοιώσει δεδομένα ή να επεξεργαστεί δεδομένα παρατήρησης, να αντιπροσωπεύσει απροσδιόριστες φυσικές διεργασίες σε μοντέλα και να συμπιέσει δεδομένα. Έτσι, το AI μπορεί να επιταχύνει τη μοντελοποίηση και να φιλτράρει τις πιο σημαντικές πληροφορίες από μεγάλες ποσότητες δεδομένων. Επιπλέον, οι ερευνητές προτείνουν ότι η χρήση μηχανικής μάθησης όχι μόνο καθιστά τους υπολογισμούς πιο αποτελεσματικούς, αλλά μπορεί επίσης να βοηθήσει στην περιγραφή των φυσικών διαδικασιών με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Οι επιστήμονες αναθεωρούν το έγγραφο στρατηγικής τουςως σημείο εκκίνησης για τη δημιουργία ενός ψηφιακού δίδυμου της Γης. Μεταξύ των αρχιτεκτονικών υπολογιστών που διατίθενται σήμερα και αναμένονται στο εγγύς μέλλον, οι υπερυπολογιστές που βασίζονται σε μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPU) φαίνεται να είναι η πιο ελπιδοφόρα επιλογή. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ένα ψηφιακό δίδυμο πλήρους κλίμακας θα απαιτήσει ένα σύστημα με περίπου 20.000 GPU και περίπου 20 μεγαβάτ ισχύος. Για οικονομικούς και περιβαλλοντικούς λόγους, ένας τέτοιος υπολογιστής πρέπει να λειτουργεί σε θέση όπου η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ουδέτερο CO2 είναι διαθέσιμη σε επαρκείς ποσότητες.
Διαβάστε επίσης:
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν τη θεωρία του Hawking. Πού οδηγεί;
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν το όριο ταχύτητας στον κβαντικό κόσμο.
Άμβλωση και επιστήμη: τι θα συμβεί στα παιδιά που θα γεννήσουν.