خبرنامه سیاره را اصلاح کنید: آیا یک زمین مجازی می تواند به مبارزه با آب و هوا کمک کند؟

توسط آدام وان

این Fix the Planet است، خبرنامه هفتگی در مورد تغییرات آب و هوا که به شما یادآوری می کند که دلایلی برای امید به علم و فناوری در سراسر جهان وجود دارد. برای دریافت آن در صندوق ورودی خود، اینجا ثبت نام کنید.

چهارشنبه 30 مارس شاهد آغاز پروژه 140 میلیون یورویی اتحادیه اروپا برای ساخت «دوقلوهای دیجیتالی» زمین بودیم: شبیه‌سازی دقیق تعاملی این سیاره که به همه از دانشمندان گرفته تا شرکت‌های انرژی اجازه می‌دهد تا تأثیرات تغییرات آب و هوا و نحوه سازگاری ما را بررسی کنند. به آنها.

Destination Earth یک تلاش بسیار بلندپروازانه از سوی کمیسیون اروپا است که آماده سازی آن سال ها طول کشیده است. محققان امیدوارند این شروع سطح جدیدی از جزئیات و دقت برای پیش‌بینی‌های ما از تغییرات آب و هوایی آینده در سطح محلی باشد، به طوری که دولت‌ها بتوانند بهتر برای رویدادهای شدید آب و هوایی مانند سیل‌هایی که سال گذشته آلمان و کشورهای همسایه را درنوردند آماده شوند. .

اما آیا واقعاً توانایی ما برای ایجاد سیستم‌های دفاعی موثرتر در برابر سیل و توسعه طرح‌های انرژی‌های تجدیدپذیر کارآمدتر را برمی‌گرداند؟ من با یکی از معماران اصلی پروژه، پیتر بائر در مرکز اروپایی پیش بینی هوای متوسط ​​(ECMWF) ملاقات کردم تا پاسخ را بیابم.

اون چیه؟

Digital Twins توسط شرکتی ساخته می‌شود که در واقع یک شرکت راه‌اندازی مستقر در بن، آلمان، با کارکنانی متشکل از 50 کارمند است. این تیم علوم کاربردی و محاسباتی را برای ایجاد شبیه‌سازی‌های تعاملی ترکیب می‌کند، که در ابتدا بر روی تکرار چگونگی تغییرات شدید آب و هوا با افزایش میانگین دمای جهانی تا 1.5 درجه سانتی‌گراد بالاتر از سطوح پیش از صنعت در دهه‌های آینده تمرکز خواهد کرد.

باوئر می‌گوید که این دوقلوها همچنین به کشورها کمک می‌کنند تا مناطق تعیین‌شده برای تأسیسات انرژی‌های تجدیدپذیر را ایجاد کنند: آنها می‌توانند به یک شرکت انرژی بینش جدیدی در مورد چگونگی تغییر سرعت باد در سراسر دریای شمال در سال‌های آینده بدهند. بائر دوست دارد دوقلوهای دیجیتالی را “فضای تعاملی” برای کشف “این فراجهان داده های اقلیمی” بنامد. منظور او از متاورز نیست که متا آواتارها و واقعیت مجازی را می‌بیند، بلکه «تصویر خوبی از آنچه ما می‌گوییم تعامل: من می‌توانم با داده‌ها در چهار بعد مکان و زمان بازی کنم؛ می‌توانم برنامه‌ها را نصب کنم. “

قبلا اینجا نبودیم؟

این طرح از آوار بلندپروازانه ترین پروژه محاسباتی غول پیکر برای تغییرات آب و هوایی به نام ExtremeEarth بیرون آمد که در نهایت توسط اتحادیه اروپا از بین رفت. اما این بار اتفاق می افتد. این بودجه در دسامبر گذشته تصویب شد، به این معنی که بودجه تا پایان سال 2024 تضمین شده است، اما کل موسسه باید تا 10 سال دوام بیاورد.

چه تفاوتی با مدل های آب و هوایی معمولی دارد؟

سطح جزئیاتی که در سطح محلی ارائه می کند – تصمیم – باید بیشتر از بسیاری از مدل های تغییر آب و هوای امروزی باشد. تیم پالمر از دانشگاه آکسفورد، که از حامیان ExtremeEarth بوده است، می‌گوید: «توسعه یک دوقلوی دیجیتالی با وضوح بالا از سیاره زمین حیاتی است اگر بخواهیم با چالش‌های تغییرات آب و هوایی مقابله کنیم. ما می دانیم که زمین در حال گرم شدن است، اما دانش ما در مورد تأثیرات منطقه ای ضعیف است. هسته مقصد زمین یک توصیف جدید و با وضوح بالا از سیستم آب و هوا خواهد بود.

اریک فیشر از ETH زوریخ در سوئیس می گوید که دوقلوها به دلیل ماهیت آشفته آب و هوا نمی توانند سیل یا طوفان بعدی را پیش بینی کنند. اما باید به ما در برنامه ریزی بهتر کمک کند. او می‌گوید: «آنها می‌توانند ما را از رویدادهای شدید آب و هوایی غیرقابل مشاهده که ما باید برای امروز و دهه‌های آینده آماده کنیم، آگاه کنند و بنابراین تصمیم‌گیری‌ها و برنامه‌ریزی‌هایمان را برای مثال برای شهرها یا سیستم‌های انرژی آینده اطلاع دهند.» بائر می گوید Destination Earth نیز باید از یادگیری ماشینی بیشتر از مدل های فعلی استفاده کند.

چه اتفاقی دارد می افتد؟

بائر و همکارانش بسیار در حالت راه اندازی هستند. در حالی که ECMWF بسیاری از عناصر دوقلوهای دیجیتال را خود می‌سازد، آن‌ها همچنین بسیاری از عناصر را برون‌سپاری می‌کنند. هفته گذشته، من قراردادی را در مورد جنبه سازگاری با تغییرات آب و هوایی ارسال کردم، بنابراین می توانید تغییرات دهه های آینده را شبیه سازی کنید. این هفته، من برای کار در بخش هوای سخت برای دوقلوها، مقابله با آتش سوزی، آلودگی، سیل و غیره پیشنهاد دادم. این تیم همچنین سخت کار می کند تا منابع ابررایانه را به دست آورد – یکی در فنلاند اجرا شده است، یکی در ایتالیا ساخته می شود و دیگری در S pain مذاکره شده است – برای اجرای شبیه سازی. همه آنها از نظر قدرت پردازش “pre-exascale” هستند، به این معنی که آنها کمتر از یک میلیون ترافلاپس رتبه بندی می شوند. کامپیوتر فنلاندی قدرتمندترین ابرکامپیوتر شناخته شده در جهان است که توانایی نگهداری 552000 ترافلاپس را دارد. برای مقایسه، قدرتمندترین ابرکامپیوتر بریتانیا در نوامبر گذشته به بهره برداری رسید که نرخ آن 19539 ترافلاپس بود.

این دوقلوهای دیجیتال واقعا چقدر تاثیر خواهند داشت؟

فیشر می گوید: «این یک پروژه بسیار جاه طلبانه و بسیار نوآورانه است. پالمر امیدوار است که «انقلابی را در مدل‌سازی سیستم زمین آغاز کند». او معتقد است که ورود محاسبات مقیاس اگزا با کارایی بالا این تحول را ممکن می کند. او می‌گوید: «به خاطر جامعه در سراسر جهان، ما زودتر به این نیاز داریم.

تد شپرد از دانشگاه ریدینگ بریتانیا می گوید: سیستم جدید باید سطوح واقعی تری از جزئیات را برای رویدادهای شدید آب و هوایی نسبت به مدل های آب و هوایی فعلی ارائه دهد. اما او نگران است که انتظارات در مورد اینکه دوقلوهای دیجیتالی تا چه حد می توانند تأثیر تغییرات آب و هوایی آینده را پیش بینی کنند ممکن است به طور غیرواقعی بالا باشد. برخی از عدم قطعیت‌های پایدارتر در مدل‌های اقلیمی، مانند ابرهای کم ارتفاع، در مقیاس‌هایی بسیار کوچک عمل می‌کنند که مقصد زمین نمی‌تواند آن را بگیرد، اما پیامدهای جهانی برای گرم شدن کره زمین و نحوه وقوع آن در محلی دارد. او می‌گوید: «بنابراین، در حالی که خود سیستم‌های آب‌وهوا شبیه‌سازی واقعی‌تر از الان خواهند بود، به احتمال زیاد تأثیر تغییرات آب‌وهوایی بر این سیستم‌ها بسیار نامشخص باقی می‌ماند».

همچنین اتحادیه اروپا تنها نهادی نیست که در تلاش برای ساختن دوقلوی دیجیتالی از زمین با تغییرات آب و هوایی است. شرکت فناوری ایالات متحده NVIDIA نوامبر گذشته اعلام کرد که در حال ساخت یک دوقلو دیجیتال “Earth-2” برای شبیه سازی تغییرات آب و هوا با دقت حداکثر یک متر است، به جای وضوح 10 تا 100 کیلومتری که معمولاً در مدل ها استفاده می شود. پاور می گوید که تیم او در حال صحبت با انویدیا در مورد نحوه همکاری آنها هستند. یکی از چیزهای اصلی در مورد Destination Earth این است که بودجه عمومی آن تامین می شود، بنابراین داده ها باید رایگان و قابل استفاده باشند.

مراحل بعدی چیست؟

دوقلوهای دیجیتال حداکثر تا ژوئن 2024 فعال خواهند شد، بنابراین اگر شروع به دیدن کردید تعجب نکنید دنیای جدید چند ماه بعد داستان هایی در مورد مقالات علمی جدید با استفاده از این سیستم برای پیش بینی طوفان های آینده در اروپا یا اینکه دمای آینده چگونه بر تولید پنل خورشیدی تأثیر می گذارد. فاز دوم این پروژه پس از سال 2024 باید شاهد اضافه شدن لایه‌های جدید به دوقلوهای دیجیتال در اطراف اقیانوس‌ها، تنوع زیستی و ژئوفیزیک (زلزله، سونامی و موارد دیگر) باشد. و هدف نهایی چیست؟ بائر می گوید: «بزرگتر و بهتر. “بزرگتر به این معنا که برنامه های کاربردی و افراد بیشتری می توانند از آن استفاده کنند. بهتر از این نظر که ما باید بتوانیم مدل های دقیق تری را با همان قدرت محاسباتی اجرا کنیم. ما چیزهای زیادی یاد خواهیم گرفت.”

اصلاحات بیشتر

• انرژی بادی و خورشیدی سال گذشته یک دهم برق جهان را تولید کردند که یک رکورد است. بر اساس گزارش سازمان تحقیقاتی Ember، در مجموع، بیش از 50 کشور اکنون بالای 10 درصد هستند.

• وقتی صحبت از خورشید شد، منبع انرژی با وجود عدم پشتیبانی در سال‌های اخیر در بریتانیا لحظه‌ای را سپری می‌کند. گزارشی توسط AMA Research نشان داد که بیش از 30 پروژه بزرگ خورشیدی با ظرفیت ترکیبی بیش از 3 گیگاوات، که برای تامین برق صدها هزار خانه کافی است، دارای مجوز برنامه ریزی هستند و قرار است به زودی ساخته شوند. نکته قابل توجه مزرعه خورشیدی کلیف هیل در کنت است که قرار است ساخت آن در چند ماه آینده آغاز شود.

• دفتر خاطرات: دوشنبه آینده شاهد انتشار گزارش IPCC در مورد چگونگی کاهش گرمایش جهانی خواهیم بود. مواردی که باید مراقب آنها باشید: نگاهی دقیق تر به حذف CO2، جنبه اجتماعی نحوه کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و تمرکز بر اقدامات در کوتاه مدت به جای آنچه در نیمه دوم قرن انجام می دهیم.

اگر از Fix the Planet لذت می برید، لطفاً آن را به دوستان، خانواده و همکاران خود توصیه کنید – آنها می توانند در اینجا ثبت نام کنند. و اگر قبلاً این کار را نکرده‌اید، در New Scientist مشترک شوید تا به همه روزنامه‌نگاری علمی ما دسترسی داشته باشید و به رایگان نگه داشتن این خبرنامه کمک کنید.