antony_w (antony_w) wrote,
antony_w
antony_w

Categories:

Ученые создадут цифровой двойник Земли для моделирования изменений климата



Цифровой двойник нашей планеты призван в будущем моделировать систему Земли. Он предназначен для поддержки лиц, определяющих политику стран, в принятии соответствующих мер для лучшей подготовки к экстремальным явлениям. В новом стратегическом документе европейских ученых и компьютерных специалистов ETH Zurich показано, как этого можно достичь.

Чтобы стать климатически нейтральным к 2050 году, Европейский Союз запустил две амбициозные программы: Green Deal и DigitalStrategy. В качестве ключевого компонента их успешной реализации ученые-климатологи и компьютерные специалисты запустили инициативу Destination Earth, которая начнется в середине 2021 года и, как ожидается, продлится до десяти лет. В течение этого периода должна быть создана высокоточная цифровая модель Земли — цифровой двойник Земли, чтобы максимально точно отображать развитие климата и экстремальные явления в пространстве и времени.

Данные наблюдений будут постоянно вводиться в цифровой двойник, чтобы сделать цифровую модель Земли более точной для отслеживания эволюции и прогнозирования возможных будущих траекторий изменений. Но в дополнение к данным наблюдений, обычно используемым для моделирования погоды и климата, исследователи также хотят интегрировать в модель новые данные о соответствующей деятельности человека. Новая модель системы Земли будет максимально реалистично отображать практически все процессы на поверхности планеты, включая влияние человека на управление водными ресурсами, продуктами питания и энергией, а также процессы в физической системе.

Цифровой двойник призван стать информационной системой, которая разрабатывает и тестирует сценарии, которые демонстрируют более устойчивое развитие и, таким образом, лучше информируют политику.

«Например, если вы планируете построить двухметровую дамбу в Нидерландах, я могу просмотреть данные в моем цифровом двойнике и проверить, будет ли дамба по-прежнему защищать от ожидаемых экстремальных явлений в 2050 году»
Питер Бауэр, заместитель директора по исследованиям Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) и со-инициатор Destination Earth.


Цифровой двойник также будет использоваться для стратегического планирования поставок пресной воды и продуктов питания или ветряных электростанций и солнечных электростанций.

Исследователи говорят, что нужно учитывать неуклонное развитие погодных моделей с 1940-х годов. Метеорологи первыми начали моделировать физические процессы на крупнейших компьютерах мира. Сегодняшние модели погоды и климата идеально подходят для определения совершенно новых способов эффективного использования суперкомпьютеров для многих других научных дисциплин.

В прошлом при моделировании погоды и климата использовались разные подходы к моделированию системы Земля. В то время как климатические модели представляют собой очень широкий набор физических процессов, они обычно не учитывают мелкомасштабные процессы, которые необходимы для более точных прогнозов погоды, которые, в свою очередь, фокусируются на меньшем количестве процессов. Цифровой двойник объединит обе области и позволит моделировать в высоком разрешении сложные процессы всей системы Земли. Но для этого коды программ моделирования должны быть адаптированы к новым технологиям, обещающим значительно более высокую вычислительную мощность.

С помощью компьютеров и алгоритмов, доступных сегодня, очень сложные симуляции вряд ли могут быть выполнены с запланированным чрезвычайно высоким разрешением в один километр, потому что на протяжении десятилетий разработка кода с точки зрения информатики застопорилась. Климатические исследования выиграли от возможности повысить производительность за счет использования процессоров нового поколения без необходимости кардинально менять свою программу. Этот бесплатный прирост производительности с каждым новым поколением процессоров прекратился около 10 лет назад. В результате современные программы часто могут использовать только 5% максимальной производительности обычных процессоров.

Для достижения необходимых улучшений ученые подчеркивают необходимость совместного проектирования, то есть совместной и одновременной разработки аппаратных средств и алгоритмов, что успешно продемонстрировала команда исследователей в течение последних десяти лет. Они предлагают обратить особое внимание на общие структуры данных, оптимизированную пространственную дискретизацию вычисляемой сетки и оптимизацию длин временных шагов. Ученые также хотят отделить коды для решения научной проблемы от кодов, которые оптимально выполняют вычисления в соответствующей системной архитектуре. Эта более гибкая структура программы позволит быстрее и эффективнее переключиться на будущие архитектуры.

Авторы также видят большой потенциал в искусственном интеллекте. Его можно использовать, например, для ассимиляции данных или обработки данных наблюдений, представления неопределенных физических процессов в моделях и сжатия данных. Таким образом, ИИ позволяет ускорить моделирование и отфильтровать наиболее важную информацию из больших объемов данных. Кроме того, исследователи предполагают, что использование машинного обучения не только делает вычисления более эффективными, но и может помочь более точно описать физические процессы.

Ученые рассматривают свой стратегический документ как отправную точку на пути к созданию цифрового двойника Земли. Среди компьютерных архитектур, доступных сегодня и ожидаемых в ближайшем будущем, суперкомпьютеры на базе графических процессоров (GPU) представляются наиболее многообещающим вариантом. По оценкам исследователей, для работы цифрового двойника в полном масштабе потребуется система с примерно 20 000 графическими процессорами, потребляющая примерно 20 МВт энергии. Как по экономическим, так и по экологическим причинам, такой компьютер должен работать в месте, где генерируемая с нейтралью CO2 электроэнергия доступна в достаточных количествах.

Tags: Земля, технологии
Subscribe

Posts from This Journal “Земля” Tag

promo antony_w august 17, 2014 11:48 18
Buy for 10 tokens
Есть блог, в котором написано много постов про роботов: ссылка И там есть несколько статей о замене рабочих мест человека роботами: Уже к 2018 году роботы отберут у человека часть профессий Рабский труд без зарплаты Армия роботов: зачем она нужна обильной людьми Поднебесной и кому может…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments