Lai līdz 2050. gadam kļūtu par klimatneitrālu, Eiropas Savienība ir uzsākusi divas vērienīgas programmas: Zaļo kursu.
Novērojumu dati tiks pastāvīgi ievadītidigitālais dvīnis, lai padarītu Zemes digitālo modeli precīzāku, lai izsekotu evolūcijai un paredzētu iespējamās pārmaiņu trajektorijas nākotnē. Bet papildus novērojumu datiem, ko parasti izmanto laika un klimata modelēšanai, pētnieki arī vēlas modelī iekļaut jaunus datus par attiecīgām cilvēku darbībām. Jaunais Zemes sistēmas modelis pēc iespējas reālistiskāk parādīs gandrīz visus procesus uz planētas virsmas, ieskaitot cilvēka ietekmi uz ūdens resursu, pārtikas un enerģijas pārvaldību, kā arī procesus fiziskajā sistēmā.
Digitālā dvīņa mērķis ir būt informācijas sistēmai, kas izstrādā un pārbauda scenārijus, kas demonstrē ilgtspējīgāku attīstību un tādējādi labāk informē politiku.
“Piemēram, ja plāno būvētdivu metru dambis Nīderlandē, es varu aplūkot datus savā digitālajā dvīnī un pārbaudīt, vai dambis joprojām aizsargās pret gaidāmajiem ekstrēmiem notikumiem 2050.
Pīters Bauers ir Eiropas Vidēja diapazona laika prognožu centra (ECMWF) pētniecības direktora vietnieks un Destination Earth līdziniciators.
Digitālais dvīnis tiks izmantots arī saldūdens un pārtikas krājumu vai vēja un saules elektrostaciju stratēģiskai plānošanai.
Pētnieki saka, kas jāņem vērāstabila laika apstākļu attīstība kopš 1940. gadiem. Meteorologi bija pirmie, kas sāka modelēt fiziskos procesus pasaules lielākajos datoros. Mūsdienu laika un klimata modeļi ir ideāli piemēroti, lai definētu pilnīgi jaunus veidus, kā efektīvi izmantot superdatorus daudzām citām zinātnes disciplīnām.
Agrāk, modelējot laika apstākļus un klimatuizmantoja dažādas pieejas Zemes sistēmas modelēšanai. Lai gan klimata modeļi pārstāv ļoti plašu fizisko procesu klāstu, tie parasti neņem vērā maza mēroga procesus, kas nepieciešami precīzākām laika prognozēm, kas savukārt koncentrējas uz mazākiem procesiem. Digitālais dvīnis apvienos abas zonas un ļaus simulēt visas Zemes sistēmas sarežģītos procesus augstā izšķirtspējā. Bet, lai to izdarītu, simulācijas programmu kodi ir jāpielāgo jaunām tehnoloģijām, kas sola ievērojami lielāku skaitļošanas jaudu.
Ar pieejamiem datoriem un algoritmiemšodien ļoti sarežģītas simulācijas diez vai var veikt ar plānoto ārkārtīgi augsto viena kilometra izšķirtspēju, jo gadu desmitiem koda izstrāde no datorzinātņu viedokļa ir apstājusies. Klimata izpēte ir guvusi labumu no iespējas uzlabot veiktspēju, izmantojot nākamās paaudzes procesorus, bez nepieciešamības pārskatīt savu programmu. Šis bezmaksas veiktspējas pieaugums ar katru jauno procesoru paaudzi tika pārtraukts apmēram pirms 10 gadiem. Tā rezultātā mūsdienu programmas bieži vien var izmantot tikai 5% no parasto procesoru maksimālās veiktspējas.
Lai sasniegtu nepieciešamos uzlabojumus, zinātniekiuzsvērt sadarbības dizaina nepieciešamību, tas ir, kopīgu un vienlaicīgu aparatūras un algoritmu izstrādi, ko pēdējo desmit gadu laikā veiksmīgi pierādījusi pētnieku komanda. Viņi ierosina pievērst īpašu uzmanību vispārējām datu struktūrām, aprēķinātā tīkla optimizētai telpiskai paraugu ņemšanai un laika soļu garuma optimizācijai. Zinātnieki arī vēlas atdalīt kodus zinātniskas problēmas risināšanai no kodiem, kas veic optimālu aprēķinu atbilstošajā sistēmas arhitektūrā. Šī elastīgākā programmu struktūra ļaus ātrāk un efektīvāk pāriet uz nākotnes arhitektūru.
Autori arī saskata lielu potenciālumākslīgais intelekts. To var izmantot, piemēram, datu asimilēšanai vai novērojumu datu apstrādei, modeļos nenoteiktu fizisko procesu attēlošanai un datu saspiešanai. Tādējādi AI var paātrināt modelēšanu un filtrēt vissvarīgāko informāciju no liela datu apjoma. Turklāt pētnieki norāda, ka mašīnmācīšanās izmantošana ne tikai padara aprēķinus efektīvākus, bet arī var palīdzēt precīzāk aprakstīt fiziskos procesus.
Zinātnieki pārskata savu stratēģijas dokumentukā sākumpunkts ceļā uz Zemes digitālā dvīņa izveidi. No šodien pieejamajām un tuvākajā nākotnē gaidāmajām datoru arhitektūrām visdaudzsološākā iespēja šķiet superdatori, kuru pamatā ir grafikas apstrādes vienības (GPU). Pētnieki lēš, ka pilna mēroga digitālajam dvīņam būs nepieciešama sistēma ar aptuveni 20 000 GPU un aptuveni 20 megavatu jaudu. Gan ekonomisku, gan vides apsvērumu dēļ šādam datoram jādarbojas vietā, kur ar CO2 neitralitāti saražotā elektroenerģija ir pieejama pietiekamā daudzumā.
Lasīt arī:
Fiziķi ir izveidojuši melnā cauruma analogu un apstiprinājuši Hokinga teoriju. Kur tas ved?
Zinātnieki ir atklājuši ātruma ierobežojumu kvantu pasaulē.
Aborts un zinātne: kas notiks ar bērniem, kas dzemdēs.