Aby osiągnąć neutralność klimatyczną do 2050 r., Unia Europejska uruchomiła dwa ambitne programy: Zielony Ład
Dane obserwacyjne będą stale wprowadzanecyfrowy bliźniak, który sprawi, że cyfrowy model Ziemi będzie dokładniejszy, aby śledzić ewolucję i przewidywać możliwe przyszłe trajektorie zmian. Ale oprócz danych obserwacyjnych powszechnie wykorzystywanych do modelowania pogody i klimatu, naukowcy chcą również zintegrować z modelem nowe dane dotyczące odpowiednich działań człowieka. Nowy model systemu Ziemi w możliwie najbardziej realistyczny sposób pokaże praktycznie wszystkie procesy zachodzące na powierzchni planety, w tym wpływ człowieka na gospodarkę zasobami wodnymi, żywnością i energią oraz procesy zachodzące w systemie fizycznym.
Cyfrowy bliźniak ma stać się systemem informacyjnym, który opracowuje i testujescenariuszy, które pokazują bardziej zrównoważony rozwój, a tym samym lepiej informująPolityka.
"Na przykład, jeśli planujesz budowę dwumetrowej tamy w Holandii, mogę spojrzeć na dane w moim cyfrowym bliźniaku i sprawdzić, czy tak będzieZapora Lee Dam będzie nadal chronić spodziewane ekstremalne zdarzenia w 2050 roku".
Peter Bauer, zastępca dyrektora ds. badań w Europejskim Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF) i współinicjatorMiejsce docelowe Ziemia.
Cyfrowy bliźniak będzie również wykorzystywany do planowania strategicznego dostaw świeżej wody i żywności lub elektrowni wiatrowych i słonecznych.
Badacze mówią, co wziąć pod uwagęstały rozwój wzorców pogodowych od lat czterdziestych XX wieku. Meteorolodzy jako pierwsi rozpoczęli modelowanie procesów fizycznych na największych komputerach świata. Dzisiejsze modele pogodowe i klimatyczne są idealne do definiowania zupełnie nowych sposobów efektywnego wykorzystania superkomputerów w wielu innych dyscyplinach naukowych.
W przeszłości przy modelowaniu pogody i klimatuwykorzystali różne podejścia do modelowania systemu Ziemi. Chociaż modele klimatyczne reprezentują bardzo szeroki zakres procesów fizycznych, zwykle nie uwzględniają procesów na małą skalę, które są potrzebne do dokładniejszych prognoz pogody, które z kolei koncentrują się na mniejszej liczbie procesów. Cyfrowy bliźniak połączy oba obszary i pozwoli na symulację złożonych procesów całego systemu Ziemi w wysokiej rozdzielczości. Ale aby to zrobić, kody programów symulacyjnych muszą zostać dostosowane do nowych technologii, które obiecują znacznie większą moc obliczeniową.
Z dostępnymi komputerami i algorytmamiobecnie bardzo skomplikowane symulacje nie mogą być przeprowadzone w planowanej niezwykle wysokiej rozdzielczości jednego kilometra, ponieważ od dziesięcioleci rozwój kodu z punktu widzenia informatyki utknął w martwym punkcie. Firma Climate Research odniosła korzyści z możliwości poprawy wydajności dzięki zastosowaniu procesorów nowej generacji bez konieczności zmiany programu. Ten darmowy wzrost wydajności z każdą nową generacją procesorów zatrzymał się około 10 lat temu. W rezultacie nowoczesne programy często wykorzystują tylko 5% maksymalnej wydajności konwencjonalnych procesorów.
Aby osiągnąć niezbędne ulepszenia, naukowcypodkreślają potrzebę wspólnego projektowania, czyli wspólnego i jednoczesnego rozwoju sprzętu i algorytmów, co zostało z powodzeniem wykazane przez zespół badawczy w ciągu ostatnich dziesięciu lat. Proponują zwrócenie szczególnej uwagi na ogólne struktury danych, zoptymalizowane próbkowanie przestrzenne obliczonej siatki oraz optymalizację długości kroków czasowych. Naukowcy chcą również oddzielić kody do rozwiązania problemu naukowego od kodów, które wykonują optymalne obliczenia w odpowiedniej architekturze systemu. Ta bardziej elastyczna struktura programu umożliwi szybsze i bardziej wydajne przejście na przyszłe architektury.
Autorzy dostrzegają również duży potencjał wsztuczna inteligencja. Może być używany na przykład do asymilacji danych lub przetwarzania danych obserwacyjnych, reprezentowania niezdefiniowanych procesów fizycznych w modelach i kompresji danych. W ten sposób sztuczna inteligencja może przyspieszyć modelowanie i odfiltrować najważniejsze informacje z dużych ilości danych. Ponadto naukowcy sugerują, że wykorzystanie uczenia maszynowego nie tylko zwiększa wydajność obliczeń, ale może również pomóc w dokładniejszym opisaniu procesów fizycznych.
Naukowcy dokonują przeglądu swojego dokumentu strategicznegojako punkt wyjścia na drodze do stworzenia cyfrowego bliźniaka Ziemi. Wśród architektur komputerowych dostępnych obecnie i przewidywanych w najbliższej przyszłości, superkomputery oparte na procesorach graficznych (GPU) wydają się być najbardziej obiecującą opcją. Badacze szacują, że pełnowymiarowy cyfrowy bliźniak będzie wymagał systemu z około 20 000 procesorów graficznych i około 20 megawatów mocy. Ze względów ekonomicznych i środowiskowych taki komputer musi działać w miejscu, w którym energia elektryczna wytwarzana z neutralnego CO2 jest dostępna w wystarczających ilościach.
Czytaj także:
Fizycy stworzyli analogię czarnej dziury i potwierdzili teorię Hawkinga. Dokąd to prowadzi?
Naukowcy odkryli ograniczenie prędkości w świecie kwantowym.
Aborcja i nauka: co stanie się z dziećmi, które będą rodzić.