Para alcanzar la neutralidad climática en 2050, la Unión Europea ha puesto en marcha dos ambiciosos programas: el Pacto Verde
Los datos de observación se ingresarán continuamente enun gemelo digital para hacer que el modelo digital de la Tierra sea más preciso para rastrear la evolución y predecir posibles trayectorias futuras de cambio. Pero además de los datos de observación que se utilizan comúnmente para modelar el tiempo y el clima, los investigadores también desean integrar nuevos datos sobre actividades humanas relevantes en el modelo. El nuevo modelo del sistema terrestre mostrará prácticamente todos los procesos en la superficie del planeta de la forma más realista posible, incluida la influencia humana en la gestión de los recursos hídricos, los alimentos y la energía, así como los procesos en el sistema físico.
Un gemelo digital está diseñado para convertirse en un sistema de información que se desarrolla y pruebaescenarios que demuestren un desarrollo más sostenible y, por lo tanto, informen mejorPolítica.
"Por ejemplo, si estás planeando construir una presa de dos metros en los Países Bajos, puedo ver los datos en mi gemelo digital y ver si va a serLa presa Lee continuará protegiendo los eventos extremos esperados en 2050".
Peter Bauer, Director Adjunto de Investigación del Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo (ECMWF) y co-iniciadorDestino Tierra.
El gemelo digital también se utilizará para la planificación estratégica de suministros de agua dulce y alimentos o plantas de energía eólica y solar.
Los investigadores dicen que considerardesarrollo constante de los patrones climáticos desde la década de 1940. Los meteorólogos fueron los primeros en comenzar a modelar procesos físicos en las computadoras más grandes del mundo. Los modelos meteorológicos y climáticos actuales son ideales para definir formas completamente nuevas de utilizar las supercomputadoras de manera eficiente para muchas otras disciplinas científicas.
En el pasado al modelar el tiempo y el climautilizó diferentes enfoques para modelar el sistema terrestre. Si bien los modelos climáticos representan una gama muy amplia de procesos físicos, generalmente no tienen en cuenta los procesos a pequeña escala que se necesitan para obtener pronósticos meteorológicos más precisos, que a su vez se centran en menos procesos. El gemelo digital unirá ambas áreas y permitirá simular en alta resolución los complejos procesos de todo el sistema terrestre. Pero para hacer esto, los códigos de los programas de simulación deben adaptarse a las nuevas tecnologías que prometen una potencia informática mucho mayor.
Con computadoras y algoritmos disponiblesHoy en día, difícilmente se pueden realizar simulaciones muy complejas con la resolución extremadamente alta prevista de un kilómetro, porque durante décadas, el desarrollo del código desde una perspectiva informática se ha estancado. Climate Research se ha beneficiado de la capacidad de mejorar el rendimiento mediante el uso de procesadores de próxima generación sin la necesidad de revisar su programa. Este aumento de rendimiento gratuito con cada nueva generación de procesadores se detuvo hace unos 10 años. Como resultado, los programas modernos a menudo solo pueden usar el 5% del rendimiento máximo de los procesadores convencionales.
Para lograr las mejoras necesarias, los científicosDestacar la necesidad de un diseño colaborativo, es decir, el desarrollo conjunto y simultáneo de hardware y algoritmos, lo que ha sido demostrado con éxito por el equipo de investigación durante los últimos diez años. Proponen prestar especial atención a las estructuras de datos generales, el muestreo espacial optimizado de la cuadrícula calculada y la optimización de las longitudes de los intervalos de tiempo. Los científicos también quieren desacoplar los códigos para resolver un problema científico de los códigos que realizan cálculos óptimos en la arquitectura del sistema correspondiente. Esta estructura de programa más flexible permitirá un cambio más rápido y eficiente a arquitecturas futuras.
Los autores también ven un gran potencial eninteligencia artificial. Se puede utilizar, por ejemplo, para asimilar datos o procesar datos de observación, representar procesos físicos indefinidos en modelos y comprimir datos. Por lo tanto, la IA puede acelerar el modelado y filtrar la información más importante de grandes cantidades de datos. Además, los investigadores sugieren que el uso del aprendizaje automático no solo hace que los cálculos sean más eficientes, sino que también puede ayudar a describir los procesos físicos con mayor precisión.
Los científicos revisan su documento de estrategiacomo punto de partida en el camino hacia la creación de un gemelo terrestre digital. Entre las arquitecturas informáticas disponibles en la actualidad y que se esperan en un futuro próximo, las supercomputadoras basadas en unidades de procesamiento de gráficos (GPU) parecen ser la opción más prometedora. Los investigadores estiman que un gemelo digital a gran escala requerirá un sistema con aproximadamente 20.000 GPU y aproximadamente 20 megavatios de potencia. Tanto por razones económicas como medioambientales, dicha computadora debe funcionar en un lugar donde la electricidad generada con CO2 neutro esté disponible en cantidades suficientes.
Lee también:
Los físicos han creado un análogo de un agujero negro y han confirmado la teoría de Hawking. ¿A dónde lleva?
Los científicos han descubierto el límite de velocidad en el mundo cuántico.
Aborto y ciencia: qué pasará con los niños que darán a luz.