В рамките на няколко месеца ще започне изграждането на "дигитални близнаци" на Земята, които трябва да предсказват по-добре бъдещето развитие на изменението на климата, екстремното време и околната среда.

Проектът "Дестинация Земя" (Destination Earth/DestinE) на Европейския съюз има за цел да създаде един важен инструмент за всички - от политици и градски проектанти до енергийни компании и застрахователни компании, за да симулира с безпрецедентни подробности как човешките и физическите системи ще се променят в един затоплящ се свят.

Първоначално се планират три цифрови близнака, които ще бъдат подробни симулатури на реалността, изградени върху сателитни и полеви данни, обхващащи управлението на екстремни метеорологични условия и риска от бедствия, адаптирането към изменението на климата и състоянието на океаните.

ЕС финансира проекта, който смята за жизненоважен, за да се подпомогнат правителствените решения по "Зелената сделка", която има за цел да намали въглеродните емисии до нетна нула до 2050 г. Например симулациите могат да позволят на политиците да моделират бъдещото въздействие на преминаването от газ към възобновяеми източници на енергия или една смяната на една селскостопанска култура с друга.

Проектът ще симулира атмосферата, океана, леда и сушата с ненадмината точност, предоставяйки прогнози за наводнения, суши и пожари от дни до години предварително. "Дестинация Земя" също така ще се опита да улови човешкото поведение, позволявайки на политиците да видят въздействието на метеорологичните събития и изменението на климата върху обществото и да преценят ефектите от различните климатични политики.

DestinE ще разглежда атмосферата на планетата в зони с разрез само 1 км - мащаб много пъти по-фин от съществуващите климатични модели. Проектът ще може да базира прогнозите си на далеч по-подробни данни в реално време от всякога и ще работи на един от трите суперкомпютъра, които Европа ще разположи във Финландия, Италия и Испания.

Типичните климатични модели работят с разделителна способност от 50 или 100 километра; дори най-добрите като модела на ECMWF работят на 9 км. Разделителната способност на новия модел от 1 километър ще му позволи директно да показва конвекция, вертикалния пренос на топлина, критичен за образуването на облаци и бури, вместо да разчита на алгоритмично приближаване. "Наричам го третото измерение на климатичното моделиране", казва Бьорн Стивънс, климатолог от Института по метеорология "Макс Планк". Моделът също така ще симулира океана с достатъчно фини детайли, за да улавя завихрания, които разпределят топлина и въглерод.

В Япония пробни тестове на 1-километров глобален климатичен модел показаха, че прякото симулиране на бури и вихри води до по-добри краткосрочни прогнози за валежите. Но също така би трябвало да подобри климатичните прогнози за периоди от месеци и години. Неотдавнашната работа показа, че климатичните модели не улавят предсказуеми промени в моделите на вятъра, които водят до промени в регионалната температура и валежите - вероятно защото моделите не успяват да възпроизведат бури и вихри.

Високата резолюция също ще позволи на DestinE да основава своите прогнози на по-подробни данни. Метеорологичните модели използват наблюдения на температурата и налягането от сателити, метеорологични станции, самолети и шамандури, за да направляват симулациите си. Но големите разделителни способности означават, че моделите не могат да асимилират измервания, които не са осреднени или покриват широки площи, като фрактури, отварящи се в морски лед. "Дестинация Земя" ще запълни тази празнина, казва Сандрин Бони, климатолог от Института "Пиер Лаплас". "Мащабът, който ще се използва, ще е по-близо до мащабите, които се измерват."

Моделът също така ще включва данни в реално време, които отразяват атмосферното замърсяване, растежа на реколтата, горските пожари и други явления, за които е известно, че влияят на времето и климата, казва Франсиско Добла-Рейес, учен към Центъра за суперкомютри в Барселона. "Ако утре избухне вулкан, това е важно за риска от спиране на тропическите валежи след няколко месеца." И ще събира данни за обществото, като например потребление на енергия, модели на автомобилния трафик и човешки движения (проследявани от мобилни телефони).

Целта е да се позволи на политиците директно да преценят как изменението на климата ще повлияе на обществото - и как обществото може да промени траекторията на изменението на климата. Например моделът може да предскаже как изменението на климата ще повлияе на селското стопанство и моделите на миграция в Бразилия - както и как намаляването на субсидиите за етанол може да ограничи обезлесяването в Амазония. В момента учените по климата извличат регионални резултати от глобалните климатични модели и ги предават на експерти в селското стопанство или икономиката, за да разберат ефектите върху човешкото поведение. Сега, казва Ерин Кофлан де Перес, учен за опасността от климата в Климатичния център на Червения кръст/Червения полумесец, моделите "преминават от просто прогнозиране какво ще бъде времето към това какви ще са директните ефекти от промяната на времето".

Постигането на тази прецизност няма да е лесно. Най-бързите суперкомютри разчитат както на традиционни компютърни чипове, така и на графични процесори (GPU), които са ефективни при работа с интензивни изчисления. Графичните процесори са добри за паралелното управление на компоненти на модела и обучение на алгоритми за изкуствен интелект - две техники, на които "Дестинация Земя" ще се опре, за да подобри производителността. Но старият код за моделиране на климата ще трябва да бъде преработен. ECMWF вече адаптира своя прогнозен модел към среда, базирана на GPU, и миналата година го тества с 1-километрова разделителна способност за 4 симулирани месеца на Summit, американския суперкомпютър, който беше най-бързият в света, докато не бе задминат от японска машина.

Огромното количество данни, генерирани от модела, ще бъде друг проблем. Когато японският екип проведе своя 1-километров експеримент, отне половин година, за да извлече нещо полезно от данни за няколко дни, казва Добла-Рейес. "Образува се тапа, когато се опитваме да осъществим достъп до данните и да направим нещо хитро с тях." Голяма част от проекта ще бъде да се реши този проблем, като създаде начини за анализ на резултатите от модела в реално време.

Като оперативна система "Дестинация Земя" вероятно ще работи в няколко времеви мащаба, казва Бауер. Единият ще бъде приблизително ежедневен, като изследва отделни екстремни метеорологични събития седмици или месеци в бъдещето. Работа в другия режим - дългосрочните прогнози - ще бъдат по-редки - може би десетилетна прогноза за климата, правена на всеки половин година. "Ако това проработи, може да бъде шаблон за други държави", казва Бауер.

Европа не е единствената, която планира подобни климатични модели, но работата в САЩ и Япония е на много по-предварително ниво.

Стивънс казва, че е вълнуващо да участваш в истинска планетарна информационна система, която може да разкрие не само пословичния "ефект на пеперудата" във времето и климата, но и как местните човешки действия се проявяват в световен мащаб. "Това е историята на глобализацията. Това е историята на Антропоцена. И това е научната платформа, която ще ви позволи да ги изследвате. "