ESA z partnerami tworzy cyfrowego bliźniaka Ziemi

Destination Earth to inicjatywa Unii Europejskiej, której celem jest stworzenie pełnej cyfrowej repliki naszej planety. Cyfrowy bliźniak Ziemi ma umożliwić wizualizację, monitorowanie oraz prognozowanie zarówno naturalnej, jak i ludzkiej aktywności na naszej planecie. Dzięki tej technologii będzie możliwe lepsze zrozumienie i zarządzanie zmianami środowiskowymi, co ma na celu wspieranie zrównoważonego rozwoju i skuteczniejsze reagowanie na wyzwania związane z klimatem.

Inicjatywa ma na celu wykorzystanie najnowszych osiągnięć technologicznych do bardziej efektywnego zarządzania zasobami naturalnymi i przeciwdziałania negatywnym skutkom działalności człowieka.

Program jest wdrażany etapowo. W czerwcu tego roku, podczas wydarzenia inauguracyjnego w LUMI Supercomputer Center w Kajaani w Finlandii, oficjalnie uruchomiono system Destination Earth, który jest oparty na algorytmach sztucznej inteligencji. W ciągu najbliższych pięciu do sześciu lat program będzie mocno rozwijany. Obecne uruchomienie systemu oznacza, że europejskie komputery o wysokiej wydajności (EuroHPC) oraz superkomputer LUMI, będą na razie symulować skutki zmian klimatu i ekstremalnych zjawisk pogodowych.

Obecne systemy informacyjne spełniają szeroki zakres tych potrzeb i osiągnęły dojrzałość porównywalną z publicznie dostępnymi systemami monitorowania operacyjnego i prognozowania.

Celem DestinE jest znaczne ulepszenie tych systemów informacyjnych dzięki zastosowaniu zaawansowanych technologii cyfrowych w obszarach wymagających szybszego postępu w symulacjach ekosystemu Ziemi.

Pośród organizacji europejskich, które będą odpowiedzialne za opracowanie głównych elementów inicjatywy znajdują się:

• Europejska Agencja Kosmiczna: międzynarodowa organizacja, której celem jest eksploracja i wykorzystanie przestrzeni kosmicznej. W projekcie jest odpowiedzialna za platformę DestinE Open Core Service Platform, przyjazną dla użytkownika platformę, która będzie opierać się na najbardziej wszechstronnych i wyrafinowanych danych z obserwacji kosmicznych, w tym danych z satelitów ESA Earth Explorers, serii Copernicus Sentinel, danych z ECMWF oraz, z czasem, innych głównych zasobów danych w Europie.

• Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF): międzynarodowa organizacja zajmująca się prognozowaniem pogody. Dla ciekawostki, już w 2006 roku prognoza pogody z ECMWF miała najlepszą sprawdzalność w stosunku do innych modeli numerycznych na świecie i wyprzedzała sprawdzalność prognozy z modelu amerykańskiego GFS o około jeden dzień. Organizacja jest odpowiedzialna za silnik cyfrowego bliźniaka, w tym rozwój dwóch początkowych cyfrowych bliźniaków: Digital Twin on Weather-Induced and Geophysical Extremes oraz Climate Change Adaptation Digital Twin.

Cyfrowy bliźniak w zakresie ekstremów pogodowych i geofizycznych, zarządzany przez ECMWF, zapewni możliwości i usługi w zakresie oceny i przewidywania ekstremów środowiskowych. Będziemy mogli z większą precyzją przewidywać występowanie i skutki ekstremalnych zjawisk naturalnych, takich jak powodzie i pożary lasów.

Cyfrowy bliźniak w zakresie adaptacji do zmian klimatu będzie wspierał generowanie analitycznych spostrzeżeń i testowanie scenariuszy prognostycznych w celu wsparcia polityki adaptacji do zmian klimatu i łagodzenia ich skutków w dekadalnych skalach czasowych, na poziomie regionalnym i krajowym.

Więcej cyfrowych bliźniaków zostanie opracowanych w kolejnych latach i połączonych w celu opracowania „pełnej” cyfrowej repliki systemu ziemskiego do 2030 roku. Możliwe nowe rozwiązania mogą obejmować cyfrowe bliźniaki oceanów, różnorodności biologicznej i środowisk miejskich.

• Europejska Organizacja Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych (Eumetsat) – międzynarodowa organizacja odpowiedzialna za powołanie, utrzymanie i wykorzystanie europejskich satelitarnych systemów obserwacji meteorologicznych. Eumetsat w projekcie jest odpowiedzialny za multi-cloud data lake¹ leżące u podstaw DestinE, w tym jego projektowanie, tworzenie i testowanie.

¹ multi-cloud data lake zapewniają niemal nieograniczoną pojemność i skalowalność potrzebnej pamięci masowej i mocy obliczeniowej, łącząc moc analityki z elastycznością modeli big data oraz zwinnością i nieograniczonymi zasobami chmury. Radykalnie upraszcza wysiłki zmierzające do uzyskania wglądu i wartości ze wszystkich tych danych, a ostatecznie zapewnia szybsze wyniki biznesowe.

Tak jak wcześniej wspominaliśmy, program DestinE będzie rozwijany stopniowo. Oto etapy zaplanowane przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA):

Do 2024 roku: Stworzenie otwartej platformy cyfrowej oraz opracowanie pierwszych dwóch cyfrowych bliźniaków: Digital Twin on Weather-Induced and Geophysical Extremes oraz Climate Change Adaptation Digital Twin
Do 2027 roku: Integracja dodatkowych cyfrowych bliźniaków z platformą
Do 2030 roku: Osiągnięcie „pełnej” cyfrowej repliki Ziemi poprzez konwergencję dostępnych cyfrowych bliźniaków na platformie

Te etapy mają na celu stopniowe wprowadzenie zaawansowanych narzędzi i technologii, które pozwolą na dokładniejsze monitorowanie i analizę zmian klimatycznych oraz wspieranie zrównoważonego rozwoju.

Więcej na temat cyfrowego bliźniaka Ziemi opowiada w swojej prezentacji Peter Bauer, który wdrożył program skalowalności przygotowujący system prognozowania do nowych technologii działających na superkomputerach. Koordynował europejski projekt flagowy ExtremeEarth, co doprowadziło do mianowania go dyrektorem ECMWF ds. programu Destination Earth.