Pământul are un „geamăn digital” și va fi folosit pentru astfel de previziuni

Uniunea Europeană finalizează planurile pentru un “geamăn digital” al planetei Pământ, care ar simula atmosfera, oceanul, gheața și uscatul cu o precizie de neegalat, oferind prognoze de inundații, secete și incendii cu zile și chiar ani înainte.

Destination Earth, așa cum se numește proiectul, va încerca, de asemenea, să surprindă comportamentul uman, permițând liderilor să vadă impactul evenimentelor meteorologice și al schimbărilor climatice asupra societății și să evalueze efectele diferitelor politici climatice.

“Este o misiune cu adevărat îndrăzneață”, spune Ruby Leung, un om de știință climatic la Laboratorul Național Pacific Northwest al Departamentului Energiei (DOE) al SUA.

Prin redarea atmosferei planetei la scară  de doar 1 kilometru lățime, mult mai precis decât modelele climatice existente, Destination Earth își poate baza previziunile pe date în timp real mai detaliate ca oricând.

Proiectul, care va fi descris în detaliu în două ateliere de la sfârșitul acestei luni, va începe anul viitor și se va desfășura pe unul dintre cele trei supercomputere pe care Europa le va implementa în Finlanda, Italia și Spania.

Ce presupune proiectul Destination Earth?

Destination Earth s-a ridicat din cenușa Extreme Earth, o propunere condusă de Centrul European pentru Prognoza Meteorologică pe Distanțe Medii (ECMWF) pentru un program emblematic de cercetare de miliarde de euro, care a fost în cele din urmă, anulat.

Interesul pentru astfel de proiecte a rămas însă. Temerile că Europa a rămas în spatele Chinei, Japoniei și Statelor Unite în materie de supercomputere a dus la European High-Performance Computing Joint Undertaking, o investiție de 8 miliarde de euro pentru a pune bazele eventualelor mașini “exascale” capabile de 1 miliard de miliarde de calcule pe secundă.

Modelele tipice de climă rulează la rezoluții de 50 sau 100 de kilometri; chiar și cele de top precum modelul “european” al ECMWF rulează la 9 kilometri.

Rezoluția de 1 kilometru a noului model îi va permite să transforme direct convecția – transportul vertical al căldurii critic pentru formarea norilor și furtunilor – în loc să se bazeze pe o aproximare algoritmică.

“Eu o numesc a treia dimensiune a modelării climatice”, spune Bjorn Stevens, om de știință la Institutul de meteorologie Max Planck.

Rezoluția înaltă va permite Destination Earth să își bazeze previziunile pe date mai detaliate. Modelele meteo nu se descurcă deloc bine când vine vorba de observațiile de temperatură și presiune de la sateliți, stații meteo, aeronave și geamanduri pentru a-și ghida simulările.

Din ce motiv așa efort?

Scopul este de a permite factorilor de decizie să evalueze în mod direct modul în care schimbările climatice vor avea impact asupra societății – și modul în care societatea ar putea modifica traiectoria schimbărilor climatice.

De exemplu, modelul ar putea prezice modul în care schimbările climatice vor afecta agricultura și modelele de migrație din Brazilia – și, de asemenea, modul în care reducerile subvențiilor la etanol ar putea limita defrișările în Amazon.

În prezent, oamenii de știință din domeniul climei extrag rezultatele regionale din modelele climatice globale și le transmit experților în agricultură sau economie pentru a înțelege efectele asupra comportamentului uman.

Acum, spune Erin Coughlan de Perez, om de știință în domeniul pericolelor climatice la Centrul Climatic Semiluna Roșie a Crucii Roșii, modelatorii “trec de la previziuni față de cum va arăta vremea la previziuni despre ceea ce va produce ea”.

Cu toate acestea, tehnologia este încă în urmă

Supercalculatoarele Exascale se bazează atât pe cipurile de calculator tradiționale, cât și pe unitățile de procesare grafică (GPU-uri), care sunt eficiente la gestionarea calculelor intensive.

GPU-urile sunt bune pentru rularea componentelor modelului în paralel și pentru instruirea algoritmilor de inteligență artificială – două tehnici pe care Destination Earth se va baza pentru a-și spori performanța.

Dar vechiul cod de modelare a climei va trebui refăcut. ECMWF are un început: își adaptează modelul de prognoză la un mediu bazat pe GPU și anul trecut l-a testat la o rezoluție de 1 kilometru timp de 4 luni simulate cu ajutorul Summit, supercomputerul american care a fost cel mai rapid din lume până când o mașină japoneză l-a eclipsat recent.

Cantitatea masivă de date generate de model va fi o problemă proprie. Când echipa japoneză și-a desfășurat experimentul la scară de 1 kilometru, a durat o jumătate de an pentru a extrage ceva util din câteva zile de date.

Destination Earth va rezolva mare parte din această problemă, proiectând modalități de a analiza rezultatele modelului în timp real.

Ca sistem operațional, Destination Earth va rula probabil la mai multe scale de timp, spune Bauer.

Unul va fi aproape zilnic, vizând evenimente meteorologice extreme săptămâni sau luni în viitor. Va rula și pentru a face predicții pe termen lung, care va presupune predicții în termen de decade făcute la perioade de jumătate de an.