Щоб стати кліматично нейтральним до 2050 року, Європейський Союз запустив дві амбітні програми: Green Deal
Дані спостережень будуть постійно вводитися вцифровий двійник, щоб зробити цифрову модель Землі більш точної для відстеження еволюції і прогнозування можливих майбутніх траєкторій змін. Але на додаток до даних спостережень, звичайно використовуваним для моделювання погоди і клімату, дослідники також хочуть інтегрувати в модель нові дані про відповідну діяльності людини. Нова модель системи Землі буде максимально реалістично відображати практично всі процеси на поверхні планети, включаючи вплив людини на управління водними ресурсами, продуктами харчування і енергією, а також процеси в фізичній системі.
Цифровий двійник покликаний стати інформаційною системою, яка розробляє та тестує сценарії, які демонструють стійкіший розвиток і, таким чином, краще інформують політику.
«Наприклад, якщо ви плануєте збудуватидвометрову дамбу в Нідерландах, я можу переглянути дані в моєму цифровому двійнику і перевірити, чи дамба як і раніше захищатиме від очікуваних екстремальних явищ у 2050 році»
Пітер Бауер, заступник директора з досліджень Європейського центру середньострокових прогнозів погоди (ECMWF) та співініціатор Destination Earth.
Цифровий двійник також буде використовуватися для стратегічного планування поставок прісної води і продуктів харчування або вітряних електростанцій і сонячних електростанцій.
Дослідники говорять, що потрібно враховуватинеухильне розвиток погодних моделей з 1940-х років. Метеорологи першими почали моделювати фізичні процеси на найбільших комп'ютерах світу. Сьогоднішні моделі погоди і клімату ідеально підходять для визначення абсолютно нових способів ефективного використання суперкомп'ютерів для багатьох інших наукових дисциплін.
У минулому при моделюванні погоди і кліматувикористовувалися різні підходи до моделювання системи Земля. У той час як кліматичні моделі являють собою дуже широкий набір фізичних процесів, вони зазвичай не враховують дрібномасштабні процеси, які необхідні для більш точних прогнозів погоди, які, в свою чергу, фокусуються на меншій кількості процесів. Цифровий двійник об'єднає обидві області і дозволить моделювати з високою роздільною здатністю складні процеси всієї системи Землі. Але для цього коди програм моделювання повинні бути адаптовані до нових технологій, які обіцяють значно більш високу обчислювальну потужність.
За допомогою комп'ютерів і алгоритмів, доступнихсьогодні, дуже складні симуляції навряд чи можуть бути виконані із запланованим надзвичайно високою роздільною здатністю в один кілометр, тому що протягом десятиліть розробка коду з точки зору інформатики застопорилася. Кліматичні дослідження виграли від можливості підвищити продуктивність за рахунок використання процесорів нового покоління без необхідності кардинально змінювати свою програму. Цей безкоштовний приріст продуктивності з кожним новим поколінням процесорів припинився близько 10 років тому. В результаті сучасні програми часто можуть використовувати тільки 5% максимальної продуктивності звичайних процесорів.
Для досягнення необхідних поліпшень вченінаголошують на необхідності спільного проектування, тобто спільної і одночасної розробки апаратних засобів і алгоритмів, що успішно продемонструвала команда дослідників протягом останніх десяти років. Вони пропонують звернути особливу увагу на загальні структури даних, оптимізовану просторову дискретизацію обчислюється сітки і оптимізацію довжин тимчасових кроків. Вчені також хочуть відокремити коди для вирішення наукової проблеми від кодів, які оптимально виконують обчислення в відповідної системної архітектурі. Ця більш гнучка структура програми дозволить швидше і ефективніше переключитися на майбутні архітектури.
Автори також бачать великий потенціал вштучний інтелект. Його можна використовувати, наприклад, для асиміляції даних або обробки даних спостережень, представлення невизначених фізичних процесів в моделях і стиснення даних. Таким чином, ІІ дозволяє прискорити моделювання і відфільтрувати найбільш важливу інформацію з великих обсягів даних. Крім того, дослідники припускають, що використання машинного навчання не тільки робить обчислення більш ефективними, але і може допомогти більш точно описати фізичні процеси.
Вчені розглядають свій стратегічний документяк відправну точку на шляху до створення цифрового двійника Землі. Серед комп'ютерних архітектур, доступних сьогодні та очікуваних в найближчому майбутньому, суперкомп'ютери на базі графічних процесорів (GPU) представляються найбільш багатообіцяючим варіантом. За оцінками дослідників, для роботи цифрового двійника в повному масштабі буде потрібна система з приблизно 20 000 графічними процесорами, яка споживає приблизно 20 МВт енергії. Як з економічних, так і з екологічних причин, такий комп'ютер повинен працювати в місці, де генерується з нейтраллю CO2 електроенергія доступна в достатніх кількостях.
Читати також:
Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?
Вчені виявили межа швидкості в квантовому світі.
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять.