Znanstvenici razvijaju digitalne blizance Zemlje, a evo što to znači za Hrvatsku

I sami smo svjedoci velikih promjena na našem planetu posljednjih godina. Klima se mijenja i to u negativnom smjeru. Sve je više ekstremnih vremenskih pojava, požari su sve češći i rašireniji, toplotni udari duže traje, a poplave donose devastaciju u zemljama diljem svijeta. Protiv sila prirode se ne može, no neke se stvari ipak mogu napraviti. S jedne strane možemo biti što obzirniji prema našoj planeti, kako bi što manje utjecali na pogoršanje tih vremenskih ekstrema, a s druge strane možemo se za njih što bolje pripremiti, u čemu glavnu ulogu imaju znanost i tehnologija.

tri vijesti o kojima se priča U DNEVNIKU NOVE TV Razrednica kojoj su maturanti kupili automobil: "Nisam navikla na ovakve stvari. Ovo je priča o njima" 2:55 5 stotine ugrožene Nakon 30 godina rada, otkaz je dobio poštom. Radnici sa strepnjom čekaju plaće koje kasne: "Problemi u industriji su ogromni" vlasti pozivaju na oprez Rijedak i opasan virus širi se Njemačkom: Gotovo svi zaraženi umiru, cjepiva nema

Kako bi mogli što bolje razumjeti način na koji će se naš planet razvijati i mijenjati, u sklopu Europske komisije pokrenuta je inicijativa Destination Earth, čiji je cilj izgraditi novi tip informacijskog sustava koji će pružati klimatske, vremenske i druge ekološke informacije s vrlo visokom razinom detalja, kvalitete i interaktivnosti. U okviru te inicijative znanstvenici razvijaju tzv. digitalne blizance Zemlje, odnosno replike različitih dijelova Zemljina sustava koje bi nam trebale pomoći u boljem razumijevanju budućnosti našeg planeta. Među inim, takvi nam digitalni blizanci mogu nam pokazati kako će se Zemlja razvijati i mijenjati, odnosno kako će promjena klime utjecati na nju.

Digitalni blizanci

U sklopu ovog projekta u Zagrebu su se nedavno okupili stručnjaci europskih meteoroloških i hidroloških službi te znanstvenici koji su raspravljali o razvoju i primjeni zemljinih blizanaca. O tome što donose digitalni blizanci razgovarali smo s Irinom Sandu, direktoricom za Destination Earth pri Europskom centru za srednjoročne vremenske prognoze (ECMWF). U razgovoru za Zimo objasnila je kako je sama ideja digitalnog blizanca Zemlje nastala nakon desetljeća istraživanja pri ECMWF-u i njegovim članicama i partnerima te kroz brojne druge znanstvene projekte, no početak njene realizacije krenuo je tek kada je EK preuzela vodstvo programa 2022. godine.

Irina Sandu (Foto: ECMWF)

Objasnila je kako digitalni blizanci predstavljaju moćan alat za izradu prilagođenih simulacija koji će nam omogućiti bolje razumijevanje Zemljinog sustava, a pomoći će i u razvoju učinkovitijeg odgovora na klimatske promjene i ekstremne vremenske događaje. Trenutačno se implementiraju prva dva blizanca te se istražuju načini kako ih povezati s drugim digitalnim blizancima koji se razvijaju u sklopu različitih europskih inicijativa, poput onih za oceane, biosferu ili geofizičke ekstreme.

Stvaramo sustav koji će korisnicima pružiti pristup izvoru podataka, omogućujući im da odaberu točno informacije koje trebaju. DestinE implementiraju ECMWF, ESA i EUMETSAT u suradnji s gotovo 100 institucija diljem Europe. U ECMWF-u, zajedno s desecima partnera iz cijele Europe, razvijamo digitalnog blizanca za ekstremne vremenske pojave i digitalnog blizanca za prilagodbu klimatskim promjenama. Ova dva blizanca zajedno će podržati rad nacionalnih i europskih meteoroloških i klimatskih službi, sektora koji su najizloženiji utjecajima klimatskih promjena i ekstremnih vremenskih događaja te pomoći donosiocima odluka u oblikovanju učinkovitijih politika prilagodbe.

Sandu objašnjava kako će i dalje odgovornost za izdavanje upozorenja na opasne vremenske prilike biti na nacionalnim tijelima nadležnim za njihovu provedbu - u slučaju Hrvatske to je DHMZ, a ta će tijela koristiti podatke iz inicijative DestinE koji će im pružiti važnu podršku pri donošenju ključnih odluka jer će uz postojeće izvore podataka, sada moći kombinirati i nove informacije. A te nove informacije digitalnih blizanaca itekako obećavaju te su rani rezultati simulacija Extremes Digital Twina pokazali značajna poboljšanja u prikazu oborina u planinskim područjima, posebno zimi te u modeliranju tropskih ciklona.

Superračunala

A dobivanje tih novih podataka i prognostičkih modela bit će moguće zahvaljujući tehnologiji i superračunalima. Sandu kaže kako danas, zahvaljujući posebnom pristupu EuroHPC zajednici, imaju pristup nekim od najmoćnijih superračunala na svijetu, ali naglašava kako imaju i “znanstveno znanje” koje omogućuje izvođenje simulacija na vrlo visokim rezolucijama, što će rezultirati s globalnim informacijama s lokalnom granularnošću – tj. detaljima na razini koja je relevantna za specifične lokacije.

Naše trenutne operativne vremenske prognoze ECMWF-a imaju horizontalnu rezoluciju od 9 km, dok Extremes Digital Twin nastoji pružiti simulacije na razini od 4,4 km ili manje. To znači da će mnogi procesi koje trenutno moramo parametrizirati biti djelomično prikazani eksplicitno rješavanjem jednadžbi koje opisuju atmosferu, kopno, ocean i protok morskog leda. Pojednostavljeno, to je kao kada napravite fotografiju mobilnim telefonom starim 5 godina i fotografiju s jednim od najnovijih pametnih telefona. Razlika je očita. A u ovom slučaju ne govorimo o fotografiji, već o simulacijama atmosfere, što je daleko složenije.

Dok trenutačni klimatski modeli koriste rezoluciju od otprilike 100 km, klimatski digitalni blizanac ima za cilj raditi s rezolucijom od 10 ili čak 5 km, što je značajna promjena za modeliranje klima koja, jasno, nosi i znanstvene i tehničke izazove.

Što se Sandu tiče, ona kaže kako joj je ta inicijativa, kao nekome tko je karijeru posvetio razvoju naprednih modela za prognozu vremena i klime, iznimno uzbudljiva. Omogućuje primjenu najnovijih dostignuća u digitalnim tehnologijama kako bi se ostvarile konkretne koristi za društvo, i to zahvaljujući snažnim partnerstvima unutar Europske meteorološke infrastrukture (EMI). Ta se partnerstva dodatno jačaju okupljanjem različitih institucija koje zajednički rade na razvoju digitalnih blizanaca našeg planeta. Uvjerena sam da ove vrhunske, prilagođene simulacijske mogućnosti koje DestinE razvija za ekstremne vremenske pojave i klimu odlično nadopunjuju postojeće kapacitete na nacionalnoj i europskoj razini te pružaju podršku europskim zemljama u suočavanju s ekološkim izazovima pred nama, komentirala je što za nju znači rad na ovako velikom projektu.

Što to znači za Hrvatsku?

A kako Hrvatska sudjeluje u ovom projektu i kakve prednosti od digitalnih blizanaca Lijepa Naša može imati, za Zimo je komentirao glavni ravnatelj DHMZ-a Ivan Güttler: DHMZ na projektu sudjeluje u pet radnih paketa, uključujući adaptaciju koda, konfiguraciju visoke razlučivosti modela, razvoj okvira za naknadnu obradu podataka, dizajn toka podataka te modeliranje utjecaja na obnovljive izvore energije. Osnovna ideja u prognostičkom dijelu projekta je imati jedan ansambl sustav za prognozu vremena koji radi svakodnevno, kao što je i uobičajeno u današnjoj praksi, te jedan dodatni sustav hipervisoke rezolucije koji bi se aktivirao samo u slučajevima ekstremnog vremena i ekstremnih učinaka vremena na društvo i gospodarstvo.

Među inim, naglasio je i kako je ovaj projekt odlična prilika za brojne hrvatske istraživače da dođu u kontakt s modernim tehnikama iz svijeta prognostike, ali i informatike i numeričke matematike kako bi te vještine ugradili u interne procese DHMZ-a.

Osim o digitalnim blizancima, ravnatelja DHMZ-a upitali smo za koje bi najopasnije meteorološke prijetnje za Lijepu Našu ovaj projekt mogao najviše pomoći. Ivan Güttler kaže kako su glavni tip atmosferskih fenomena na kojima očekuju ključan napredak u prognozi i modeliranju - olujni oblaci. Različiti tipovi olujnih oblaka i sustava olujnih oblaka sa sobom nose kombinaciju visokih količina oborine, visokih brzina i udara vjetar te pojave električnog pražnjenja u atmosferi i nastanka tuče. S obzirom na fiziku nastanka ovih pojava, nužan je daljnji napredak u prostornim rezolucijama modela za prognozu, razvoj pratećih algoritama te sveobuhvatnija priprema početnih uvjeta koja uključuje sve širi raspon atmosferskih mjerenja.

Također, naglasio je i kako danas ne možemo znati kako će izgledati modeli za prognozu vremena 2034. godine, niti na kakvim će se računalima simulacije provoditi, no kaže da sigurno znamo kako hrvatski građani i gospodarstvo i danas i za deset godina mogu očekivati najtočniju i najpouzdaniju vremensku informaciju koja je moguća.