Чтобы стать климатически нейтральным к 2050 году, Европейский Союз запустил две амбициозные программы: Green Deal
Tarkkailutiedot syötetään jatkuvastidigitaalinen kaksos, joka tekee maapallon digitaalisesta mallista tarkemman evoluution seuraamiseksi ja mahdollisten tulevaisuuden muutosreittien ennustamiseksi. Mutta sää- ja ilmastomallinnuksessa yleisesti käytettyjen havainnointitietojen lisäksi tutkijat haluavat integroida malliin myös uutta tietoa merkityksellisestä ihmisen toiminnasta. Maa-järjestelmän uusi malli näyttää käytännössä kaikki maapallon pinnan prosessit mahdollisimman realistisina, mukaan lukien ihmisen vaikutus vesivarojen, ruoan ja energian hallintaan sekä fyysisen järjestelmän prosessit.
Цифровой двойник призван стать информационной системой, которая разрабатывает и тестирует сценарии, которые демонстрируют более устойчивое развитие и, таким образом, лучше информируют политику.
«Например, если вы планируете построить двухметровую дамбу в Нидерландах, я могу просмотреть данные в моем цифровом двойнике и проверить, будет ли дамба по-прежнему защищать от ожидаемых экстремальных явлений в 2050 году»
Питер Бауэр, заместитель директора по исследованиям Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) и со-инициатор Destination Earth.
Digitaalista kaksosetta käytetään myös makean veden ja elintarvikkeiden toimitusten tai tuuli- ja aurinkovoimaloiden strategiseen suunnitteluun.
Tutkijat sanovat mitä harkitasäämallien vakaa kehitys 1940-luvulta lähtien. Meteorologit aloittivat ensimmäisenä fyysisten prosessien mallintamisen maailman suurimmissa tietokoneissa. Tämän päivän sää- ja ilmastomallit ovat ihanteellisia määrittelemään täysin uusia tapoja käyttää supertietokoneita tehokkaasti monilla muilla tieteenaloilla.
Aikaisemmin mallinnettaessa säätä ja ilmastoakäytti erilaisia lähestymistapoja maapallon mallintamiseen. Vaikka ilmastomallit edustavat hyvin monenlaisia fyysisiä prosesseja, ne eivät yleensä ota huomioon pienimuotoista prosessia, jota tarvitaan tarkempien sääennusteiden tekemiseksi, jotka puolestaan keskittyvät vähemmän prosesseihin. Digitaalinen kaksos yhdistää molemmat alueet ja mahdollistaa koko maapallon monimutkaisten prosessien simuloinnin korkealla resoluutiolla. Mutta tätä varten simulointiohjelmien koodit on mukautettava uusiin tekniikoihin, jotka lupaavat paljon suurempaa laskentatehoa.
Saatavilla tietokoneilla ja algoritmeillatänään hyvin monimutkaisia simulaatioita tuskin voidaan suorittaa suunnitellulla erittäin korkealla kilometrin tarkkuudella, koska vuosikymmenien ajan koodin kehitys tietojenkäsittelyn näkökulmasta on pysähtynyt. Ilmastotutkimus on hyötynyt kyvystä parantaa suorituskykyä käyttämällä seuraavan sukupolven prosessoreita ilman, että tarvitsee muuttaa ohjelmaa. Tämä ilmainen suorituskyvyn parannus jokaisen uuden prosessorisukupolven kanssa pysähtyi noin 10 vuotta sitten. Tämän seurauksena nykyaikaiset ohjelmat voivat usein käyttää vain 5% perinteisten prosessorien maksimitehosta.
Tarvittavien parannusten saavuttamiseksi tutkijatpainottaa yhteistyösuunnittelun tarvetta, toisin sanoen laitteistojen ja algoritmien yhteistä ja samanaikaista kehittämistä, jonka tutkimusryhmä on osoittanut onnistuneesti viimeisten kymmenen vuoden aikana. He ehdottavat kiinnittävän erityistä huomiota yleisiin tietorakenteisiin, lasketun ruudukon optimoituun paikkatäytteistykseen ja aika-askelpituuksien optimointiin. Tutkijat haluavat myös erottaa koodit tieteellisen ongelman ratkaisemiseksi koodeista, jotka suorittavat optimaalisen laskennan vastaavassa järjestelmäarkkitehtuurissa. Tämä joustavampi ohjelmarakenne mahdollistaa nopeamman ja tehokkaamman siirtymisen tuleviin arkkitehtuureihin.
Kirjoittajat näkevät myös suuren potentiaalintekoäly. Sitä voidaan käyttää esimerkiksi tietojen omaksumiseen tai havainnointidatan käsittelyyn, edustamaan määrittelemättömiä fyysisiä prosesseja malleissa ja pakkaamaan tietoja. Siksi tekoäly voi nopeuttaa mallintamista ja suodattaa tärkeimmät tiedot suurista tietomääristä. Lisäksi tutkijat ehdottavat, että koneoppimisen käyttö ei ainoastaan tehoa laskelmia, vaan voi myös auttaa kuvaamaan fyysisiä prosesseja tarkemmin.
Tutkijat tarkastelevat strategia-asiakirjaansalähtökohtana digitaalisen Earth-kaksosen luomisen polulla. Jo tänään saatavilla olevista ja lähitulevaisuudessa odotettavissa olevista tietokonearkkitehtuureista näyttävät lupaavimmalta vaihtoehdolta grafiikkasuorituksiin (GPU) perustuvat supertietokoneet. Tutkijoiden arvion mukaan täysimittainen digitaalinen kaksoset vaativat järjestelmän, jossa on noin 20000 GPU: ta ja noin 20 megawattia tehoa. Sekä taloudellisista että ympäristöllisistä syistä tällaisen tietokoneen on toimittava paikassa, jossa hiilidioksidineutraalilla tuotettua sähköä on saatavilla riittävästi.
Lue myös:
Fyysikot ovat luoneet analogin mustasta aukosta ja vahvistaneet Hawkingin teorian. Minne se johtaa?
Tutkijat ovat löytäneet nopeusrajoituksen kvanttimaailmassa.
Abortti ja tiede: mitä tapahtuu synnyttäville lapsille.