Destination Earth: Ένα ψηφιακό μοντέλο της Γης για πιο ακριβείς κλιματικές προβλέψεις

Η Ευρωπαϊκή Ένωση αναπτύσσει το Destination Earth, ένα ψηφιακό μοντέλο πανομοιότυπο με τη Γη που θα προσομοιώνει την ατμόσφαιρα, τον ωκεανό, τον πάγο και τη γη με υψηλή ακρίβεια, παρέχοντας προβλέψεις για πλημμύρες, ξηρασίες και πυρκαγιές από μέρες έως χρόνια νωρίτερα.

Το Destination Earth θα μελετήσει επίσης την ανθρώπινη συμπεριφορά, επιτρέποντας στους ηγέτες να δουν τις επιπτώσεις των καιρικών γεγονότων και της κλιματικής αλλαγής στην κοινωνία και να μετρήσουν τις επιπτώσεις των διαφόρων κλιματικών πολιτικών.

«Είναι μια πραγματικά τολμηρή αποστολή, μου αρέσει πολύ», λέει ο Ruby Leung, κλιματικός επιστήμονας στο Εθνικό Εργαστήριο Pacific Northwest του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ. Χρησιμοποιώντας μια πιο μικρή κλίμακα από αυτή των σημερινών κλιματικών μοντέλων, το Destination Earth μπορεί να βασίσει τις προβλέψεις του σε πολύ πιο λεπτομερή δεδομένα σε πραγματικό χρόνο. Το έργο θα ξεκινήσει τον επόμενο χρόνο και θα εκτελεστεί σε ένα από τους τρεις υπερυπολογιστές που θα αναπτύξει η Ευρώπη στη Φινλανδία, την Ιταλία και την Ισπανία.

Το «Destination Earth» αντικατέστησε το πρότζεκτ «Extreme Earth», μια πρόταση του Ευρωπαϊκού Κέντρου Μετεωρολογικών Προγνώσεων Μεσαίου Εύρους (ECMWF) για ένα μεγάλο ερευνητικό πρόγραμμα δισεκατομμυρίων ευρώ. Η Ευρωπαϊκή Ένωση ακύρωσε τελικά αυτό το πρόγραμμα, αλλά διατήρησε το ενδιαφέρον της για την ιδέα. Οι φόβοι ότι η Ευρώπη βρίσκεται πίσω από την Κίνα, την Ιαπωνία και τις Ηνωμένες Πολιτείες όσον αφορά στους υπερυπολογιστές, οδήγησε σε μια κοινή πρωτοβουλία ύψους 8 δισεκατομμυρίων ευρώ που θα θέσει τις βάσεις για μελλοντικά μηχανήματα «exascale» που μπορούν να κάνουν 1 δισεκατομμύριο δισεκατομμυρίων υπολογισμούς το δευτερόλεπτο.

Τα τυπικά κλιματικά μοντέλα λειτουργούν σε αναλύσεις 50 ή 100 χιλιομέτρων και ακόμη και κορυφαία μοντέλα όπως το ευρωπαϊκό του ECMWF τρέχουν 9 χιλιόμετρα. Η ανάλυση 1 χιλιομέτρου του νέου μοντέλου θα του επιτρέψει να αποδώσει απευθείας την κατακόρυφη μεταφορά θερμότητας που είναι κρίσιμη για το σχηματισμό σύννεφων και καταιγίδων, αντί να βασίζεται σε μια αλγοριθμική προσέγγιση. «Την αποκαλώ την τρίτη διάσταση της μοντελοποίησης του κλίματος», λέει ο Bjorn Stevens, κλιματικός επιστήμονας στο Ινστιτούτο Μετεωρολογίας του Max Planck. Το μοντέλο θα προσομοιώσει επίσης τον ωκεανό με μεγάλη λεπτομέρεια για να μελετήσει τη συμπεριφορά των κυκλικών ρευμάτων νερού που είναι σημαντικοί παράγοντες της θερμότητας και του άνθρακα.

Στην Ιαπωνία, οι πρώτες δοκιμές ενός παγκόσμιου κλιματικού μοντέλου 1 χιλιομέτρου έδειξαν ότι η άμεση προσομοίωση καταιγίδων και κυκλικών ρευμάτων νερού, οδηγεί σε καλύτερες βραχυπρόθεσμες προβλέψεις βροχόπτωσης. Ωστόσο, θα πρέπει να βελτιώσει τις κλιματικές προβλέψεις για περιόδους μηνών και ετών. Πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι τα κλιματικά μοντέλα δεν καταγράφουν προβλέψιμες αλλαγές στα μοτίβα ανέμου που οδηγούν σε μεταβολές στην περιφερειακή θερμοκρασία και βροχόπτωση.

Η υψηλή ανάλυση θα επιτρέψει στο Destination Earth να βασίσει τις προβλέψεις του σε πιο λεπτομερή δεδομένα. Τα καιρικά μοντέλα θα τροφοδοτούνται με δεδομένα θερμοκρασίας και πίεσης που προέρχονται από δορυφόρους, μετεωρολογικούς σταθμούς και αεροσκάφη, έτσι ώστε να διαμορφώσουν τις προσομοιώσεις τους. Όμως, λόγω των χονδροειδών πλεγμάτων, τα μοντέλα δεν μπορούν να εξομοιώσουν μετρήσεις που δεν έχουν καλό μέσο όρο ή που καλύπτουν ευρείες περιοχές. Το Destination Earth θα καλύψει αυτό το κενό, λέει η Sandrine Bony, επιστήμονας δεδομένων στο Ινστιτούτο Pierre Simon Laplace. «Οι κλίμακες που επιλύονται είναι πιο κοντά στις κλίμακες που μετρώνται».

Το μοντέλο θα ενσωματώσει επίσης δεδομένα για την ατμοσφαιρική ρύπανση, την ανάπτυξη των καλλιεργειών, τις πυρκαγιές στα δάση και άλλα φαινόμενα που είναι γνωστό ότι επηρεάζουν τον καιρό και το κλίμα σε πραγματικό χρόνο, λέει ο Francisco Doblas-Reyes, επιστήμονας στο Κέντρο υπερυπολογιστών της Βαρκελώνης. «Αν ένα ηφαίστειο σβήσει αύριο, αυτό θα είναι σημαντικό για τον κίνδυνο έλλειψης τροπικών βροχοπτώσεων μετά από λίγους μήνες. Θα συλλέγει επίσης δεδομένα όπως η χρήση ενέργειας, τα μοτίβα κυκλοφορίας και οι ανθρώπινη κινητικότητα, μέσω των κινητών τηλεφώνων.

Ο στόχος είναι να βοηθήσει τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής να εκτιμήσουν άμεσα πώς η κλιματική αλλαγή θα επηρεάσει την κοινωνία – και πώς η κοινωνία θα μπορούσε να αλλάξει την πορεία της κλιματικής αλλαγής. Για παράδειγμα, το μοντέλο θα μπορούσε να προβλέψει πώς η κλιματική αλλαγή θα επηρεάσει τη γεωργία και τα πρότυπα μετανάστευσης στη Βραζιλία – και επίσης πώς οι περικοπές στις επιδοτήσεις αιθανόλης ενδέχεται να περιορίσουν την αποψίλωση των δασών στον Αμαζόνιο.

Επί του παρόντος, οι κλιματικοί επιστήμονες εξάγουν περιφερειακά αποτελέσματα από παγκόσμια κλιματικά μοντέλα και τα διαβιβάζουν σε ειδικούς στη γεωργία ή την οικονομία για να κατανοήσουν τις επιπτώσεις στην ανθρώπινη συμπεριφορά. Σύμφωνα με την Erin Coughlan de Perez, επιστήμονα επικινδυνότητας του κλίματος στο Κέντρο Κλίματος του Ερυθρού Σταυρού, οι μοντελιστές «μετακινούνται από το πώς θα είναι ο καιρός, στο τι θα κάνει ο καιρός».

Όμως αυτό δεν θα είναι τόσο εύκολο. Οι υπερυπολογιστές Exascale βασίζονται τόσο σε παραδοσιακά τσιπ υπολογιστή όσο και σε γραφικές μονάδες επεξεργασίας (GPU), οι οποίες είναι αποτελεσματικές στο χειρισμό εντατικών υπολογισμών. Οι GPU είναι κατάλληλες για την παράλληλη εκτέλεση εξαρτημάτων μοντέλου και για την κατάρτιση αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης, δύο τεχνικές στις οποίες θα στηριχθεί το Destination Earth για να βελτιώσει την απόδοση. Όμως, ο παλιός κώδικας μοντελοποίησης του κλίματος θα πρέπει να ξανασχεδιαστεί. Το ECMWF πάντως, έχει ένα προβάδισμα: Προσαρμόζει το μοντέλο πρόβλεψής του σε περιβάλλον βασισμένο σε GPU και πέρυσι το δοκίμασε σε ανάλυση 1 χιλιομέτρου για 4 προσομοιωμένους μήνες στον αμερικανικό υπερυπολογιστή Summit, που είναι ο δεύτερος πιο γρήγορος στον κόσμο.

Όταν η ιαπωνική ομάδα πραγματοποίησε το πείραμα κλίμακας 1 χιλιομέτρου, χρειάστηκε μισό χρόνο για να εξαγάγει κάτι χρήσιμο από λίγες ημέρες δεδομένων, λέει ο Doblas-Reyes. «Όταν προσπαθούμε να αποκτήσουμε πρόσβαση στα δεδομένα και να κάνουμε κάτι με αυτά, το σύστημα. Το Destination Earth θα λύσει αυτό το πρόβλημα, σχεδιάζοντας τρόπους ανάλυσης των αποτελεσμάτων των μοντέλων σε πραγματικό χρόνο.

Το Destination Earth θα λειτουργήσει σε διάφορες χρονικές κλίμακες, πιθανώς καθημερινά και θα μελετά μελλοντικά, μεμονωμένα ακραία καιρικά φαινόμενα. Οι μακροπρόθεσμες προβλέψεις θα είναι λιγότερο συχνές.

ΠΗΓΗ: Sciencemag

 

 

 

 

Προσοχή! Επιτρέπεται η αναδημοσίευση του παραπάνω άρθρου ή μέρους του μόνο αν αναφέρεται ως πηγή το ertnews.gr με ενεργό σύνδεσμο στην εν λόγω καταχώρηση.

ΤΕΛΕΥΤΑΙΑ ΝΕΑ

ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ