Ένα μάθημα που σίγουρα θυμόμαστε όλοι από το δημοτικό είναι ο κύκλος του νερού. Ακόμα κι αν δεν θυμάστε τι ακριβώς μάθατε, πιθανότατα θυμάστε ένα βίντεο ή ένα διάγραμμα που ήταν τόσο πολύχρωμο και δημιουργικό που έκανε τη μέρα σας λίγο πιο διασκεδαστική. Για κάποιους από εμάς (συμπεριλαμβανομένου του εαυτού μου), είναι ειλικρινά δύσκολο να το ξεχάσουμε. Ακόμη και στον κόσμο των ενηλίκων, είναι ωραίο και εύκολο να σκεφτόμαστε τα τρία συστατικά του κύκλου του νερού που, καθώς πάει το λογοπαίγνιο, επαναλαμβάνονται ξανά και ξανά: εξάτμιση, συμπύκνωση και κατακρήμνιση.
Ο πλανήτης μας δεν θα μπορούσε να επιβιώσει χωρίς νερό, μια ουσία που αποτελεί το 71% της συνολικής επιφάνειας της Γης, με τους ωκεανούς να αντιπροσωπεύουν περίπου το 97% αυτού του αριθμού. Ωστόσο, η διαδικασία μπορεί να γίνει αρκετά περίπλοκη όταν προσθέσετε το συνεχώς μεταβαλλόμενο κλίμα που προκαλείται από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η καύση άνθρακα, καθώς και άλλες καθημερινές επιπτώσεις που δημιουργούμε ως κοινωνία. Ως μετεωρολόγος ο ίδιος, κατανοώ τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουμε όταν πρόκειται για την πρόβλεψη φυσικών καταστροφών που βασίζονται στο νερό, όπως πλημμύρες, κατολισθήσεις και ξηρασίες.
Σχετίζεται με: Το νέο Κέντρο Αερίων Θερμοκηπίου της NASA παρακολουθεί τη συμβολή της ανθρωπότητας στην κλιματική αλλαγή
Ωστόσο, προκειμένου οι επιστήμονες να κάνουν τις πιο ακριβείς προβλέψεις και να κατανοήσουν καλύτερα πώς λειτουργεί αυτός ο κύκλος, πρέπει να αποκτήσουμε και να δοκιμάσουμε μοντέλα με όσο το δυνατόν περισσότερα δεδομένα υψηλής ανάλυσης. Στην ιδανική περίπτωση, αυτά τα δεδομένα θα πρέπει επίσης να καλύπτουν κάθε ίντσα του πλανήτη, από τις ψηλότερες βουνοκορφές μέχρι το νερό που είναι θαμμένο βαθιά στο έδαφος.
Και χάρη στη χρηματοδότηση από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος, οι επιστήμονες κατασκευάζουν ακριβώς αυτό: ένα ψηφιακό δίδυμο της Γης και όλο το όμορφο νερό της που μπορεί να επιθεωρηθεί.
«Η προσομοίωση της Γης σε υψηλή ανάλυση είναι πολύ περίπλοκη, και έτσι η ιδέα είναι βασικά να επικεντρωθούμε πρώτα σε έναν συγκεκριμένο στόχο», λέει ο Luca Brocca του Εθνικού Συμβουλίου Ερευνών της Ιταλίας. είπε σε δήλωση. «Αυτή είναι η ιδέα πίσω από αυτό που αναπτύξαμε – μελέτες περιπτώσεων ψηφιακών διδύμων για τον κύκλο του χερσαίου νερού στη Μεσόγειο. Στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε ένα σύστημα που επιτρέπει σε μη ειδικούς, συμπεριλαμβανομένων των υπευθύνων λήψης αποφάσεων και των πολιτών, να εκτελούν διαδραστικές προσομοιώσεις».
Ο Brocca, ο κύριος συγγραφέας ενός λεπτομερούς άρθρου σχετικά με τη μελέτη, συνεργάστηκε με συναδέλφους για να δημιουργήσει το ψηφιακό δίδυμο. Αυτό το μοντέλο επιτρέπει στους επιστήμονες να εισάγουν με συνέπεια νέα δεδομένα για να προσομοιώσουν τα καλύτερα και τα χειρότερα σενάρια φυσικών καταστροφών σε διαφορετικά περιβάλλοντα σε ολόκληρο τον πλανήτη μας. Για παράδειγμα, με την αναδημιουργία μιας κατολίσθησης, οι σχετικοί κίνδυνοι και συνθήκες μπορούν να παρακολουθούνται σαν να συνέβαιναν σε πραγματικό χρόνο. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει περαιτέρω την προετοιμασία για πιθανά καταστροφικά γεγονότα στο μέλλον με βάση τα διδάγματα που αντλήθηκαν από κάθε δοκιμή.
Πώς δημιουργούνται αυτά τα μοντέλα;
Οι επιστήμονες χρειάστηκε να κάνουν πολλή δουλειά για να χρησιμοποιήσουν όσο το δυνατόν περισσότερα δορυφορικά δεδομένα, τα οποία ελήφθησαν μέσω μιας ποικιλίας παρατηρήσεων της Γης. Στη συνέχεια συνδύασαν μετρήσεις της υγρασίας του εδάφους, της βροχόπτωσης, του βάθους του χιονιού, της εξάτμισης και της απορροής του ποταμού που ελήφθησαν σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα για να δώσουν μια σαφή εικόνα της δυναμικής των μεταβλητών σε ολόκληρο τον πλανήτη. Τα δεδομένα υψηλής ανάλυσης του μοντέλου μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν ως διαδραστικό εργαλείο για τους επιστήμονες.
“Αυτό το έργο είναι ένα τέλειο παράδειγμα της συνέργειας μεταξύ των δορυφορικών αποστολών αιχμής και της επιστημονικής κοινότητας”, δήλωσε ο Brocca. «Συνεργασίες όπως αυτή, σε συνδυασμό με επενδύσεις σε υποδομές υπολογιστών, θα είναι κρίσιμες για την αντιμετώπιση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής και άλλων ανθρώπινων επιπτώσεων».
Όπως με κάθε τύπο μοντέλου, χρειάζεται εξάσκηση για να επιτευχθεί η τελειότητα. Αλλά από κάπου πρέπει να ξεκινήσεις.
Ο Brocca και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν αρχικά το ψηφιακό δίδυμο για να μοντελοποιήσουν την κοιλάδα του Πάδου στη βόρεια Ιταλία και σε άλλα μέρη της λεκάνης της Μεσογείου. Στο μέλλον, σχεδιάζουν να αναπτύξουν παρόμοια μοντέλα σε ολόκληρη την Ευρώπη πριν συνεργαστούν με επιστήμονες από άλλες ηπείρους. Ο κύριος στόχος αυτού του έργου είναι να προβλέψει πού μπορεί να συμβούν πλημμύρες και κατολισθήσεις και να μάθουμε πώς μπορούμε να διαχειριστούμε καλύτερα τους υδάτινους πόρους μας.
«Θα πρέπει να ξεκινήσουμε από κάτι που γνωρίζουμε πολύ καλά», είπε ο Brocca. «Η κοιλάδα του Πάδου είναι πολύ περίπλοκη – έχουμε τις Άλπεις, έχουμε χιόνι, το οποίο είναι δύσκολο να προσομοιωθεί, ειδικά σε ακανόνιστο και πολύπλοκο έδαφος όπως τα βουνά. Μετά υπάρχει η κοιλάδα με όλη την ανθρώπινη δραστηριότητα – βιομηχανία, άρδευση. Τότε έχουμε ένα ποτάμι και ακραία γεγονότα – πλημμύρες, ξηρασία. Και μετά μετακομίσαμε στη Μεσόγειο, η οποία είναι ένα καλό μέρος για να μελετήσουμε ακραία γεγονότα όσον αφορά τόσο το πολύ όσο και το πολύ λίγο νερό.»
Ενώ η μοντελοποίηση της ομάδας επικεντρώνεται σε μια μεγαλύτερη περιοχή, υπάρχουν επίσης σχέδια για εμβάθυνση σε πιο τοπικές μελέτες. Ωστόσο, προς το παρόν, οι επιστήμονες συνεχίζουν να επικεντρώνονται στις μεγαλύτερες και πιο επίμονες προκλήσεις του μηχανισμού τους. Για παράδειγμα, οι σύνθετοι αλγόριθμοι που έχουν αναπτύξει πρέπει να διατηρηθούν καθώς συνεχίζουν να προστίθενται σημαντικές ποσότητες δεδομένων. Απαιτούνται επίσης περισσότερες επίγειες παρατηρήσεις για να συνεχιστεί η επαλήθευση των δορυφορικών δεδομένων που χρησιμοποιούν.
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Το «ψυκτικό γυαλί» θα μπορούσε να καταπολεμήσει την κλιματική αλλαγή αντανακλώντας την ηλιακή ακτινοβολία πίσω στο διάστημα
– Το δίδυμο διαστημόπλοιο της NASA θα ταξιδέψει στα πέρατα της Γης για να καταπολεμήσει την κλιματική αλλαγή
— Αν οι εξωγήινοι είχαν τον εξοπλισμό μας για το κυνήγι ζωής, θα μπορούσαν να μας βρουν;
Για να αντιμετωπίσει τυχόν αβεβαιότητες που μπορεί να προκύψουν κατά τη χρήση δορυφορικών δεδομένων, ο Brocca ελπίζει επίσης να ενσωματώσει την τεχνητή νοημοσύνη στο πρόγραμμά του για την αντιμετώπιση ορισμένων ζητημάτων. Κατά κάποιο τρόπο, η τεχνητή νοημοσύνη θα λειτουργούσε σαν ένα επιπλέον ζευγάρι μάτια, εάν μπορεί πραγματικά να εκπαιδευτεί καλά. Όπως είδαμε με τη χρήση του AI σε μοντέλα καιρού, για παράδειγμα σε σχέση με Προβλέψεις δασικών πυρκαγιώνΤα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας συνεργασίας περιλαμβάνουν την ελαχιστοποίηση σφαλμάτων που μπορεί μερικές φορές να προκύψουν λόγω αλλαγών στις ατμοσφαιρικές συνθήκες κατά τη λήψη εικόνας. Η εφαρμογή της τεχνητής νοημοσύνης μπορεί επίσης να εξοικονομήσει χρόνο, επιτρέποντας στους ανθρώπινους μηχανικούς να επικεντρωθούν σε άλλους προβληματικούς τομείς.
«Οι συνεργατικές προσπάθειες επιστημόνων, διαστημικών οργανισμών και υπευθύνων χάραξης πολιτικής υπόσχονται ένα μέλλον στο οποίο οι ψηφιακές δίδυμες γαίες για την υδρολογία παρέχουν ανεκτίμητες γνώσεις για τη βιώσιμη διαχείριση του νερού και την ανθεκτικότητα στις καταστροφές», είπε ο Brocca.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στις 5 Μαρτίου στο περιοδικό Όρια στην επιστήμη.