Para se tornar neutra em termos climáticos até 2050, a União Europeia lançou dois programas ambiciosos: o Acordo Verde
Os dados observacionais serão continuamente inseridosum gêmeo digital para tornar o modelo digital da Terra mais preciso para rastrear a evolução e prever possíveis trajetórias futuras de mudança. Mas, além dos dados observacionais comumente usados para modelar o tempo e o clima, os pesquisadores também querem integrar no modelo novos dados sobre atividades humanas relevantes. O novo modelo do sistema terrestre exibirá da forma mais realista possível quase todos os processos da superfície do planeta, incluindo a influência humana na gestão dos recursos hídricos, alimentos e energia, bem como os processos do sistema físico.
O gémeo digital pretende ser um sistema de informação que desenvolve e testa cenários que demonstram um desenvolvimento mais sustentável e, assim, informam melhor as políticas.
"Por exemplo, se você está planejando construirbarragem de dois metros na Holanda, posso analisar os dados do meu gêmeo digital e verificar se a barragem ainda protegerá contra eventos extremos esperados em 2050."
Peter Bauer é Diretor Adjunto de Pesquisa do Centro Europeu de Previsões Meteorológicas de Médio Prazo (ECMWF) e co-iniciador do Destination Earth.
O gêmeo digital também será usado para o planejamento estratégico de água doce e abastecimento de alimentos ou usinas eólicas e solares.
Pesquisadores dizem o que considerardesenvolvimento constante de padrões climáticos desde 1940. Os meteorologistas foram os primeiros a começar a modelar processos físicos nos maiores computadores do mundo. Os modelos meteorológicos e climáticos de hoje são ideais para definir maneiras inteiramente novas de usar supercomputadores com eficiência para muitas outras disciplinas científicas.
No passado, ao modelar o tempo e o climausou diferentes abordagens para modelar o sistema terrestre. Embora os modelos climáticos representem uma ampla gama de processos físicos, eles geralmente não levam em consideração os processos de pequena escala que são necessários para previsões meteorológicas mais precisas, que por sua vez se concentram em menos processos. O gêmeo digital unirá as duas áreas e permitirá que os processos complexos de todo o sistema terrestre sejam simulados em alta resolução. Mas, para fazer isso, os códigos dos programas de simulação devem ser adaptados às novas tecnologias que prometem um poder de computação significativamente maior.
Com computadores e algoritmos disponíveishoje, simulações muito complexas dificilmente podem ser realizadas na altíssima resolução planejada de um quilômetro, porque por décadas o desenvolvimento de código da perspectiva da ciência da computação estagnou. A Climate Research se beneficiou da capacidade de melhorar o desempenho por meio do uso de processadores de última geração, sem a necessidade de revisar seu programa. Esse aumento de desempenho gratuito a cada nova geração de processadores foi interrompido há cerca de 10 anos. Como resultado, os programas modernos geralmente podem usar apenas 5% do desempenho máximo dos processadores convencionais.
Para alcançar as melhorias necessárias, os cientistasenfatizam a necessidade de design colaborativo, ou seja, o desenvolvimento conjunto e simultâneo de hardware e algoritmos, o que tem sido demonstrado com sucesso pela equipe de pesquisa nos últimos dez anos. Eles propõem prestar atenção especial às estruturas gerais de dados, amostragem espacial otimizada da grade computada e otimização dos comprimentos dos intervalos de tempo. Os cientistas também desejam desacoplar códigos para resolver um problema científico de códigos que realizam computação ideal na arquitetura de sistema apropriada. Esta estrutura de programa mais flexível permitirá uma mudança mais rápida e eficiente para arquiteturas futuras.
Os autores também veem um grande potencial eminteligência artificial. Pode ser usado, por exemplo, para assimilar dados ou processar dados observacionais, representar processos físicos indefinidos em modelos e compactar dados. Assim, a IA pode acelerar a modelagem e filtrar as informações mais importantes de grandes quantidades de dados. Além disso, os pesquisadores sugerem que o uso de aprendizado de máquina não apenas torna os cálculos mais eficientes, mas também pode ajudar a descrever processos físicos com mais precisão.
Cientistas revisam seu documento de estratégiacomo ponto de partida no caminho para a criação de um gêmeo digital da Terra. Entre as arquiteturas de computador disponíveis hoje e esperadas no futuro próximo, supercomputadores baseados em unidades de processamento gráfico (GPUs) parecem ser a opção mais promissora. Os pesquisadores estimam que um gêmeo digital em escala real exigirá um sistema com aproximadamente 20.000 GPUs e aproximadamente 20 megawatts de potência. Por razões econômicas e ambientais, esse computador deve operar em um local onde a eletricidade gerada com neutralidade de CO2 esteja disponível em quantidades suficientes.
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