Futuro climático bajo la perspectiva de un "gemelo digital"

Un gemelo digital es una réplica digital de una entidad física viva o no viva. Así lo define la Comisión Europea en su estrategia climática “Destino Tierra” (DestinE, “Destination Earth'' por sus siglas en inglés). El propósito específico de este gemelo digital es simular el sistema de la Tierra en el futuro.

La era digital ha aportado un sinfín de herramientas que nos permiten predecir eventos extremos y prepararnos mejor ante las adversidades. Científicos de la Universidad Politécnica Federal de Zúrich (ETH) están elaborando un modelo climático de alta precisión espacial y temporal, que desarrolle y pruebe escenarios que muestren un desarrollo más sostenible y, por lo tanto, mejoren las políticas ambientales.

El proyecto “Destino Tierra”, pronto en funcionamiento y con una duración de hasta diez años, es el encargado de obtener este modelo que monitorea y simula la actividad natural y humana. Para el mapeo óptimo del desarrollo climático, se ingresarán continuamente datos de observación al gemelo digital. Este modelo está diseñado para usuarios expertos y no expertos, buscando precisamente la interacción continua con el simulado futuro de cualquier evento climático. Entre sus principales aplicaciones, está la de mejorar la formulación de políticas de la Unión Europea (UE).

Con el gemelo digital se podrá monitorear la salud del planeta, evaluando el estado de los océanos, la criosfera, la biodiversidad, a partir de los efectos del cambio climático, y sobre todo realizar simulaciones dinámicas de alta precisión de los sistemas naturales de la Tierra.

Basándose en los conocimientos técnicos de los informáticos de la ETH, el proyecto es impulsado por el Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo (ECMWF), la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos (EUMETSAT).

Evolución de los modelos y el impulso de la IA

Desde la década del 40, los modelos climáticos y meteorológicos se enfocan en predecir a partir de la simulación de las interacciones entre las partes del sistema climático y el forzamiento externo. ¿Cómo? Para representar estos procesos se emplean complejas ecuaciones que los aproximan a la realidad.

Si bien cuentan con una amplia representación de procesos físicos, los modelos climáticos normalmente descuidan los procesos a pequeña escala, fundamentales para un pronóstico meteorológico más preciso, que, a su vez, se centran en un número menor de procesos. Los especialistas del ETH explican que el gemelo digital unirá ambas áreas y permitirá simulaciones de alta resolución que representan los complejos procesos de todo el sistema terrestre.

Para lograrlo, los códigos de los programas de simulación deben adaptarse a las nuevas tecnologías con una potencia informática mucho mayor. Este mejor rendimiento se obtendrá mediante las nuevas generaciones de procesadores.

Los autores aseguran que la Inteligencia Artificial (IA) permitirá acelerar las simulaciones y filtrar la información más importante de grandes cantidades de datos. La mejor opción disponible son las supercomputadoras basadas en unidades de procesamiento de gráficos (GPU).

Operar un gemelo digital a escala completa requeriría un sistema con alrededor de 20.000 GPU, consumiendo aproximadamente 20MW de energía, y por el momento resulta aún un desafío económico y ecológico. Por esta razón, debe generarse la energía necesaria en un entorno de carbono neutro para así lograr este importante objetivo.