Svijet se suočava s ubrzanim klimatskim promjenama i sve češćim ekstremnim vremenskim pojavama, a upravo točne i pravovremene prognoze postaju ključne za zaštitu života i imovine. Stoga je Europska komiisja pokrenula inicijativu Destination Earth (DestinE) koja uvodi novu eru predviđanja klimatskih rizika, razvijajući napredne digitalne blizance Zemlje – složene simulacije koje omogućuju detaljno praćenje promjena u atmosferi i ekstremnih vremenskih uvjeta

Uz pomoć najmodernijih superračunala i umjetne inteligencije, DestinE donosi alate koji će pomoći vladama, institucijama i građanima da se bolje pripreme i odgovore na nadolazeće klimatske izazove, a detalje je u intervjuu za tportal otkrila Irina Sandu, direktorica inicijative Destination Earth pri Europskom centru za srednjoročne vremenske prognoze (ECMWF).

Što su digitalni blizanci Zemlje i koje su glavne prednosti u usporedbi s trenutnim metodama predviđanja ekstremnih vremenskih događaja?

Digitalni blizanci su replike različitih dijelova Zemljinog sustava koji nam pomažu razumjeti kako će se naš planet razvijati i mijenjati. Kao što znamo i vidimo, klima se mijenja, pa je sve važnije razumjeti kako te promjene mogu utjecati na sve nas. Digitalni blizanac je više od vremenske prognoze. Slično kao vremenska prognoza, kombinira motrenja i simulacije kako bi prognozirao vrijeme.

Međutim, to čini s višom razinom detalja, pružajući informacije od globalne do lokalne razine s vrlo visokom rezolucijom (nekoliko kilometara globalno, nekoliko stotina metara za ekstremne događaje nad Europom). Unaprjeđuje konfigurabilnost i interaktivnost sustava prognoziranja, omogućujući ispitivanje specifičnih 'što-ako' scenarija, ali i prilagođavanje rezultata simulacija potrebama korisnika. Povezuje modele vremenskih uvjeta s modelima utjecaja na različite sektore, stvarajući jedinstven okvir koji ne samo da predviđa ekstremne događaje, nego i njihove učinke na područja poput obnovljivih izvora energije.

Kako će sustav DestinE Extremes DT poboljšati praćenje i predviđanje ekstremnih vremenskih događaja u Europi i što će to značiti za građane i gospodarstvo?

Prije svega, želim jasno naglasiti da je odgovornost za pravovremeno izdavanje upozorenja na opasne vremenske uvjete u nadležnosti nacionalnih tijela, poput nacionalnih hidrometeoroloških službi, kao što je DHMZ, koje su ovlaštene za pružanje tih informacija. Podaci iz inicijative DestinE bit će podrška nacionalnim tijelima i službama u donošenju odluka ključnih za zaštitu života i imovine, omogućujući im korištenje novih podataka u kombinaciji s postojećim izvorima informacija.

Extemes DT ima dvije komponente. Globalna komponenta pružat će dnevne globalne prognoze s horizontalnom rezolucijom od 4,4 km ili manjom. Regionalna komponenta, koja će biti aktivirana na zahtjev u slučaju ekstremnih vremenskih događaja, može pružiti prognoze s rezolucijom do 750 m, pa čak i 500 m. Za usporedbu, trenutne globalne prognoze ECMWF-a imaju rezoluciju od 9 km, dok regionalne prognoze imaju rezoluciju od 2-3 km. Dosadašnja testiranja sustava daju ohrabrujuće rezultate, pokazujući dodanu vrijednost veće rezolucije, na primjer, u slučajevima intenzivne oborine u planinskim područjima. Ne nedostaje nam izazova. Rad na nekim od najmoćnijih i najnovijih superračunala na svijetu, koja nikada prije nisu korištena za ovakve modele, ponekad je izazovan. No, također je vrlo nagrađujući. Tu su i znanstveni izazovi, jer smanjenje rezolucije na takve razmjere zahtijeva prilagodbe za pravilno predstavljanje vrlo lokaliziranih vremenskih događaja i njihovih utjecaja.

Inicijativa Destination Earth

'Suradnja je temelj inicijative Destination Earth. Zapravo, to je inicijativa koja se temelji na snazi europske suradnje. Posvećenost zajedničkom radu i partnerstvu s organizacijama poput Météo-France i DHMZ-a te mnogim drugim meteorološkim i hidrološkim službama u Europi bila je ključna za razvoj Extremes DT-a, kao i Climate DT-a i Digital Twin Enginea – tri ključna elementa za koje je ECMWF odgovoran zajedno s mnogim partnerima širom Europe.

DestinE se oslanja na sustave prognoziranja koje su tijekom proteklih desetljeća razvile nacionalne meteorološke službe i ECMWF, te na znanje i infrastrukturu Europske meteorološke zajednice (EMI). Konkretno, nacionalne meteorološke i hidrološke službe uključene u On Demand komponentu Extremes DT-a razvijaju novu, prilagodljivu sposobnost simulacije ekstremnih događaja koji pogađaju Europu te procjenjuju njezinu dodatnu vrijednost. Doprinos svakog partnera je neprocjenjiv, a doprinos kolega iz Hrvatske posebno je značajan za uspjeh ove važne inicijative.'

Kako sustav DestinE Extremes DT koristi umjetnu inteligenciju i strojno učenje za preciznije predviđanje vremenskih ekstrema?

Strojno učenje (ML) i umjetna inteligencija (AI) ubrzano napreduju u drugoj fazi inicijative, oslanjajući se na nedavna postignuća u primjeni ovih tehnologija za vremenske i klimatske prognoze. ML/AI će imati ključnu ulogu u kvantifikaciji nesigurnosti – jednostavno rečeno, omogućit će pružanje informacija o vjerojatnosti događanja ekstremnih vremenskih pojava. U tradicionalnom prognoziranju to se postiže izvođenjem više prognoza za isto vremensko razdoblje, na temelju malo promijenjenih početnih uvjeta (tzv. ansambl prognoza).

Pri rezolucijama na kojima se izvode simulacije digitalnog blizanca, izvođenje mnogih simulacija u tu svrhu bilo bi previše računalno zahtjevno. Modeli temeljeni na strojnome učenju, poput AIFS-a koji je nedavno razvio ECMWF, omogućuju precizne prognoze uz značajno niže računalne troškove. Stoga se modeli temeljeni na ML-u mogu koristiti kao dopuna simulacijama izvedenim s fizikalnim modelima, pomažući u kvantificiranju vjerojatnosti ekstremnih događaja. Dodatno, ML/AI tehnologije koristit ćemo za povećanje interaktivnosti sustava i olakšavanje pristupa informacijama, primjerice, kroz razvoj i implementaciju prilagođenih chatbotova.

Digital Twin Engine (DTE)

'Digital Twin Engine (DTE) je modularna softverska arhitektura koja omogućuje učinkovit rad digitalnih blizanaca na EuroHPC superračunalima. DTE također pruža napredne alate za upravljanje i povezivanje podataka te čini osnovu za mnoge interaktivne funkcije digitalnih blizanaca.

Već surađujemo s brojnim partnerima kako bismo osigurali da svi budući digitalni blizanci unutar inicijative DestinE budu potpuno usklađeni s ovom arhitekturom.'

Kako vidite budućnost inicijative Destination Earth do 2030. godine i koje ključne promjene očekujete u načinu na koji pratimo i razumijemo interakcije prirodnih pojava i ljudskih aktivnosti?

Inicijativa Destination Earth planirana je u nekoliko faza, a mi ćemo slijediti definirani plan do 2030. godine.

Smatram da je ova inicijativa izuzetno uzbudljiva jer omogućuje primjenu najnovijih dostignuća u digitalnim tehnologijama u koristi za društvo, a to čini oslanjajući se na vrlo snažna partnerstva unutar Europske meteorološke infrastrukture (EMI). Ova partnerstva dodatno se jačaju okupljanjem različitih institucija koje rade na razvoju digitalnih blizanaca našeg planeta.

Vjerujem da će vrhunske simulacijske mogućnosti koje DestinE razvija za ekstremne vremenske pojave i klimatske promjene odlično dopuniti postojeće kapacitete na nacionalnoj i europskoj razini te pomoći europskim zemljama u suočavanju s ekološkim izazovima s kojima se danas suočavamo.