Kako bi postala klimatski neutralna do 2050. godine, Europska unija pokrenula je dva ambiciozna programa: Green Deal i DigitalStrategy. Ključna komponenta ovih programa je inicijativa DestinE (Destination Earth; Odredište Zemlja) koju su pokrenuli klimatolozi i informatičari. 

Precizan digitalni model Zemlje

DestinE započinje sredinom 2021. i trajat će sljedećih desetak godina. U tom će se razdoblju stvoriti vrlo precizan digitalni model Zemlje, njen digitalni blizanac, koji će što preciznije mapirati klimatski razvoj i ekstremne događaje u prostoru i vremenu.

Podaci promatranja kontinuirano će se ugrađivati ​​u digitalnog blizanca kako bi model Zemlje bio precizniji za praćenje evolucije i predviđao moguće buduće putanje. No, osim podataka promatranja koji se uobičajeno koriste za simulacije vremena i klime, istraživači u ovaj model žele integrirati i nove podatke o relevantnim ljudskim aktivnostima. 

Novi "model zemaljskog sustava" predstavit će praktički sve procese na površini Zemlje što je realnije moguće, uključujući utjecaj ljudi na upravljanje vodom, hranom i energijom i procese u fizičkom sustavu Zemlje.

Informacijski sustav za donošenje odluka

Ovaj informacijski sustav razvijat će i testirati scenarije održivog razvoja.
"Ako, na primjer, u Nizozemskoj planirate gradnju dva metra visokog nasipa, moći ćete pregledati podatke digitalnog blizanca i provjeriti hoće li nasip štititi i od očekivanih ekstremnih događaja 2050. godine", objašnjava Peter Bauer, zamjenik ravnatelja za istraživanje u Europskom centru za vremenske prognoze srednjeg dometa (ECMWF).

Digitalni blizanac koristit će se i za strateško planiranje zaliha slatke vode i hrane ili vjetroelektrana i solarnih postrojenja.

Iza projekta DestinE stoje ECMWF, Europska svemirska agencija (ESA) i Europska organizacija za eksploataciju meteoroloških satelita (EUMETSAT). U radu se oslanjaju i na informatičare iz ETH Zürich i Švicarskog nacionalnog superračunskog centra (CSCS).

Simulacije visoke razlučivosti

Koji su izazovi i kako se mogu riješiti, znanstvenici su objasnili u radu, objavljenom u Nature Computational Science. Digitalni blizanac omogućit će simulacije visoke razlučivosti koje prikazuju složene procese cijelog Zemljinog sustava. Ali da bi se to postiglo, kodovi simulacijskih programa moraju se prilagoditi novim tehnologijama koje obećavaju znatno poboljšanu računalnu snagu.

S danas dostupnim računalima i algoritmima, vrlo složene simulacije teško je moguće izvesti pri planiranoj izuzetno visokoj razlučivosti od jednog kilometra. Klimatska istraživanja profitirala su performansama nove generacije procesora, no današnji programi često mogu iskoristiti samo 5 posto vršnih performansi konvencionalnih procesora (CPU).

Da bi se postigla potrebna poboljšanja, autori ističu potrebu zajedničkog i simultanog razvoja hardvera i algoritama. Predlažu da se posebna pažnja posveti generičkim strukturama podataka, optimiziranoj prostornoj diskretizaciji mreže koja se izračunava i optimizaciji duljina vremenskog koraka.

Predlažu da se kodovi za rješavanje znanstvenog problema odvoje od kodova koji optimalno izvode proračun na odgovarajućoj arhitekturi sustava. Ova fleksibilnija programska struktura omogućila bi brži i učinkovitiji prelazak na buduće arhitekture.

Velika očekivanja od umjetne inteligencije

Veliki potencijal, smatraju autori, krije se u umjetnoj inteligenciji. AI se na primjer može koristiti za asimilaciju ili obradu podataka promatranja, predstavljanje neizvjesnih fizičkih procesa u modelima i kompresiju podataka. AI omogućuje ubrzavanje simulacija i filtriranje najvažnijih informacija iz velike količine podataka. Uz to, upotreba strojnog učenja može pomoći i u preciznijem opisivanju fizičkih procesa.

Superračunala zasnovana na jedinicama za grafičku obradu (GPU) čine se najperspektivnijom opcijom. Istraživači procjenjuju da bi za rad digitalnog blizanca bio potreban sustav s oko 20.000 GPU-a, koji troši oko 20 MW snage. Pitanje je gdje smjestiti takvo računalo, a da pritom proizvodnja električne energije za njega ne bude ekološki i ekonomski neisplativa.