För att bli klimatneutral 2050 har EU lanserat två ambitiösa program: Green Deal
Observationsdata kommer kontinuerligt att registrerasen digital tvilling för att göra den digitala modellen av jorden mer exakt för att spåra utvecklingen och förutsäga möjliga framtida banor för förändring. Men förutom observationsdata som ofta används för att modellera väder och klimat, vill forskarna också integrera nya data om relevanta mänskliga aktiviteter i modellen. Den nya modellen av jordsystemet kommer att visa praktiskt taget alla processer på planetens yta så realistiska som möjligt, inklusive det mänskliga inflytandet på förvaltningen av vattenresurser, mat och energi samt processer i det fysiska systemet.
En digital tvilling är utformad för att bli ett informationssystem som utvecklar och testarscenarier som visar på en mer hållbar utveckling och därmed ger bättre underlag förPolitik.
– Om man till exempel planerar att bygga en två meter hög damm i Nederländerna kan jag titta på datan i min digitala tvilling och se om det kommer att bli såLee-dammen kommer att fortsätta att skydda förväntade extrema händelser år 2050."
Peter Bauer, biträdande forskningschef vid European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) och en av initiativtagarnaDestination Jorden.
Den digitala tvillingen kommer också att användas för strategisk planering av färskvatten och livsmedelsförsörjning eller vind- och solkraftverk.
Forskare säger vad man ska tänka påen stadig utveckling av vädermönster sedan 1940-talet. Meteorologer var de första som började modellera fysiska processer på världens största datorer. Dagens väder- och klimatmodeller är idealiska för att definiera helt nya sätt att använda superdatorer effektivt för många andra vetenskapliga discipliner.
Tidigare när man modellerar väder och klimatanvände olika sätt att modellera jordsystemet. Klimatmodeller representerar ett mycket brett spektrum av fysiska processer, men de tar vanligtvis inte hänsyn till de småprocesser som behövs för mer exakta väderprognoser, som i sin tur fokuserar på färre processer. Den digitala tvillingen kommer att förena båda områdena och tillåta att komplexa processer i hela jordsystemet simuleras i hög upplösning. Men för att göra detta måste koderna för simuleringsprogrammen anpassas till ny teknik som lovar mycket högre datorkraft.
Med datorer och algoritmer tillgängligaidag kan mycket komplexa simuleringar knappast utföras med den planerade extremt höga upplösningen på en kilometer, för i årtionden har utvecklingen av kod ur ett datavetenskapligt perspektiv stoppat. Klimatforskning har dragit nytta av förmågan att förbättra prestanda genom användning av nästa generations processorer utan att behöva se över sitt program. Denna kostnadsfria prestandaförbättring för varje ny generation av processorer slutade för ungefär tio år sedan. Som ett resultat kan moderna program ofta bara använda 5% av den maximala prestandan hos konventionella processorer.
För att uppnå de nödvändiga förbättringarna, forskarebetona behovet av samarbetsdesign, det vill säga gemensam och samtidig utveckling av hårdvara och algoritmer, vilket framgångsrikt har demonstrerats av forskargruppen under de senaste tio åren. De föreslår att ägna särskild uppmärksamhet åt allmänna datastrukturer, optimerad rumslig sampling av det beräknade rutnätet och optimering av tidsstegslängder. Forskare vill också koppla bort koder för att lösa ett vetenskapligt problem från koder som utför optimal beräkning i motsvarande systemarkitektur. Denna mer flexibla programstruktur möjliggör snabbare och effektivare byte till framtida arkitekturer.
Författarna ser också stor potential iartificiell intelligens. Den kan till exempel användas för att assimilera data eller bearbeta observationsdata, representera odefinierade fysiska processer i modeller och komprimera data. Således kan AI påskynda modellering och filtrera bort den viktigaste informationen från stora datamängder. Dessutom föreslår forskarna att användningen av maskininlärning inte bara gör beräkningarna mer effektiva utan också kan hjälpa till att beskriva fysiska processer mer exakt.
Forskare granskar deras strategidokumentsom en utgångspunkt för att skapa en digital Earth-tvilling. Bland de datorkonstruktioner som finns tillgängliga idag och förväntas inom en snar framtid verkar superdatorer baserade på grafikbehandlingsenheter (GPU) vara det mest lovande alternativet. Forskare uppskattar att en fullskalig digital tvilling kommer att kräva ett system med cirka 20 000 GPU: er och cirka 20 megawatt kraft. Av både ekonomiska och miljömässiga skäl måste en sådan dator fungera på en plats där den el som genereras med CO2-neutralitet är tillgänglig i tillräckliga mängder.
Läs också:
Fysiker har skapat en analog av ett svart hål och bekräftat Hawkings teori. Vart leder det?
Forskare har upptäckt hastighetsgränsen i kvantvärlden.
Abort och vetenskap: vad kommer att hända med barnen som kommer att föda.