Может ли цифровая копия Земли спасти мир от климатической катастрофы?

Цифровая копия Земли может помочь ученым лучше моделировать будущее нашей планеты и находить решения проблем, вызванных изменением климата. Усовершенствованная модель, получившая название Digital Twin Earth, разрабатывается Европейским космическим агентством (ESA) и его партнерами на основе данных и изображений со спутников наблюдения Земли и датчиков на земле.

Для надежной работы проекту потребуются новые передовые алгоритмы искусственного интеллекта и мощные суперкомпьютеры, которые в настоящее время разрабатываются. ЕКА и его партнеры обсудили свой прогресс в преддверии конференции ООН по изменению климата COP26, двухнедельного мероприятия, которое в настоящее время проходит в Глазго, Шотландия.

ЕКА запустило проект Digital Twin Earth в 2020 году и пригласило исследователей и технологические компании со всей Европы представить свой прогресс во время мероприятия под названием PhiWeek, которое проходило с 11 по 15 октября. Цель этой планетарной мегамодели — смоделировать влияние различных природных процессов и деятельности человека на планету и смоделировать сценарии будущей эволюции.

Например, ученые могли бы смоделировать, как замена производства энергии из ископаемого топлива в определенном регионе возобновляемыми электростанциями изменяет концентрации парниковых газов в атмосфере и как это изменение, в свою очередь, влияет на скорость повышения уровня моря. На конференции PhiWeek партнеры ESA представили несколько частичных моделей — «близнецов» меньшего масштаба, посвященных различным регионам Земли или ее подсистемам.

Например, цифровая модель Антарктиды разрабатывается группой ученых из Эдинбургского университета в Шотландии. В заявлении ученых говорится, что в Антарктиде находится 60% всей пресной воды Земли. Если бы весь этот лед растаял, глобальный уровень моря поднялся бы на колоссальные 190 футов (58 метров). Цифровой двойник поможет исследователям лучше понять состояние ледяного покрова и изучить процесс таяния. «Используя спутниковые наблюдения, численное моделирование и искусственный интеллект, мы создали двойника системы антарктического ледяного покрова, его гидрологии, окружающего океана, атмосферы и биосферы», — сказал Ноэль Гурмелен, ученый-криосфер из Эдинбургского университета в ЕКА.

«Мы использовали антарктического близнеца для отслеживания местонахождения талой воды на и под ледяным щитом, а также для изучения того, как тают окаймляющие шельфовые ледники при различных гидрологических сценариях». Другие частичные близнецы сосредоточились на гидрологии бассейна реки Пор в северной Италии и моделировании засух в Африке. Цифровой двойник океана, разработанный национальным институтом океанологии во Франции, рассматривает взаимодействие между изменениями в атмосфере и поведением океанов.

Ученые будут использовать эту модель для изучения так называемого арктического усиления, малоизученного явления, из-за которого северные полярные регионы нагреваются вдвое быстрее, чем остальной мир. Модели разработаны таким образом, чтобы быть доступными даже для пользователей, не обладающих передовыми техническими знаниями в области наблюдения Земли и моделирования климата.

По словам исследователей, политики должны иметь возможность использовать эти модели для визуализации изменений в экосистемах и моделирования последствий различных решений.

Например, Digital Twin Food Systems моделирует влияние сельскохозяйственной деятельности на более широкую природную систему, а также моделирует влияние колебаний климата на производство продуктов питания.

Лесной цифровой двойник призван создать наиболее подробную и реалистичную модель глобального лесного покрова и изучить различные функции, которые леса играют в жизни планеты, включая хранение углекислого газа, способствующего потеплению климата.