Coniugare le potenzialità dell’era digitale con le osservazioni più accurate della Terra per monitorare il cambiamento climatico e rispondere efficacemente agli eventi meteorologici estremi. È il cuore di Destination Earth, ambiziosa iniziativa dell’Unione Europea che mira a completare entro il 2030 un gemello digitale della Terra alla portata di tutti: una simulazione altamente precisa per esplorare in modo interattivo, sui nostri smartphone e computer, le diverse componenti del sistema Terra in relazione ai cambiamenti ambientali sia naturali sia indotti dall’uomo.
Progetto lanciato dalla Commissione Europea con l’Agenzia Spaziale Europea, il Centro Europeo per le Previsioni Meteo a medio termine (Ecmwf) e l’Organizzazione europea per l’esercizio dei satelliti meteorologici (Eumetsat), lo scorso 10 giugno è stata presentata e attivata la versione iniziale della piattaforma.
Ma cos’è un gemello digitale della Terra?
Lo abbiamo chiesto a Peter Bauer direttore di Destination Earth presso il Centro Europeo per le Previsioni Meteo a medio termine (Ecmwf).
«Un gemello digitale è una replica digitale di qualcosa che esiste realmente nel mondo. Quindi un gemello digitale della Terra simula e osserva il nostro pianeta nel momento in cui sta avvenendo il cambiamento e consente a uno scienziato o a un decisore, ad esempio, di studiare diverse opzioni in termini di adattamento al cambiamento climatico o di risposta della società a fenomeni meteorologici estremi e di sfruttare il gemello digitale per capire come sta avvenendo la trasformazione, quanto saranno gravi gli eventi estremi, quali sono le possibili soluzioni per adattarsi nel futuro e come possiamo proteggere al meglio la nostra società dagli eventi estremi e dal loro impatto».
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Il ruolo di Hpc e AI
Finalizzato a potenziare le capacità dell’Europa di prevedere con la migliore precisione l’impatto dei fenomeni meteorologici estremi, i motori di Destination Earth sono la modellazione senza precedenti garantita dai computer EuroHPC e l’intelligenza artificiale.
«Al centro di un gemello digitale c’è un modello di simulazione che idealmente è il più accurato e realistico possibile. Simula tutto ciò che è importante per la Terra: il tempo atmosferico, le nuvole, la pioggia, l’interazione del tempo atmosferico con la superficie terrestre, ma anche il modo in cui noi esseri umani lo modifichiamo, insieme al clima. Allo stesso tempo si vuole osservare il cambiamento. Nelle previsioni meteorologiche, ad esempio, disponiamo di dati satellitari. Utilizziamo fino a 100 milioni di osservazioni al giorno per avviare il nostro modello di previsione. Si tratta quindi della migliore stima di ciò che sta accadendo attualmente, in modo da comprendere i cambiamenti, e della migliore previsione possibile di ciò che potrebbe accadere in futuro. Questo riguarda le scale temporali del tempo atmosferico, quindi giorni, settimane e mesi, ma anche stagioni, anni e decenni a venire».
La versione iniziale attivata a giugno vede il lancio dei primi due gemelli digitali sviluppati da Ecmwf, uno sugli eventi meteo estremi e l’altro sull’adattamento ai cambiamenti climatici a supporto di politiche di adattamento e mitigazione dei fenomeni climatici. La grande differenza tra i modelli tradizionali di previsione meteorologica o climatica e questi gemelli digitali è, infatti, il ruolo centrale delle componenti sociali, quindi la possibilità di monitorare come i sistemi umani interagiscono con il clima che cambia.
«Non ci limitiamo a prevedere la temperatura e le precipitazioni, ma ci preoccupiamo degli impatti, della siccità, delle ricadute sui prezzi di mercato, delle quote assicurative e dei raccolti alimentari del futuro. Dobbiamo vedere la Terra per quello che è: un sistema di sistemi che non si ferma al sistema fisico. Coinvolge anche la società e i sistemi umani. Quindi, se parliamo del sistema fisico e della società, dobbiamo portare una varietà molto più ampia di osservazioni in un gemello digitale. Non ci si ferma solo a quelle satellitari meteorologiche operative, alle boe meteorologiche, ai palloni aerostatici e alle stazioni di superficie: dobbiamo osservare gli sviluppi del mercato. Dobbiamo utilizzare sensori specializzati dislocati in aziende agricole, parchi eolici o parchi solari. Ogni informazione relativa al sistema deve far parte del gemello digitale. E questo è complesso perché molte di queste osservazioni più legate alla società sono assai diverse. Alcune di esse non sono di proprietà pubblica, ma delle aziende. L’ideale sarebbe quindi trovare un modo per riunire gli interessi pubblici e privati affinché il gemello digitale funzioni nel suo complesso».
La grande sfida di Destination Earth
La grande sfida abbracciata da Destination Earth si traduce dunque in un nuovo paradigma scientifico, in cui gli attori oggi in prima linea nell’osservazione della Terra, nell’analisi del cambiamento climatico e dei fenomeni sociali a esso legati dovranno acquisire uno sguardo a 360 gradi.
«Dobbiamo riunire molte più osservazioni e la scienza di diverse discipline. Non si tratta solo di considerare separatamente il cibo, l’acqua, l’energia o le previsioni meteorologiche; non si tratta solo di uno sforzo multidisciplinare, ma di uno sforzo interdisciplinare: tutto dipende da tutto il resto. Il gemello digitale riunisce fisica e società e quindi tutte le osservazioni di cui abbiamo bisogno devono coprire qualsiasi aspetto che rientra in questi due domini. E questo è molto importante. Perciò le agenzie spaziali, gli scienziati e gli ingegneri che sviluppano la strumentazione e le osservazioni, che trattano i dati e li analizzano, utilizzando sempre più l’apprendimento automatico, devono pensare oltre il loro angolo disciplinare individuale e considerare altre discipline, perché ogni aspetto è importante per tutto il resto».
Aumentare la capacità di prevedere gli scenari futuri, ambientali e climatici, è dunque solo uno degli obiettivi di Destination Earth, il cui modello digitale della Terra mira a diventare uno vero e proprio strumento per rafforzare l’adattamento al cambiamento climatico.
«Fondamentalmente, un gemello digitale è uno strumento: quindi non produrrà tutte le soluzioni, ma metterà insieme tutte le informazioni e le nostre capacità alimentate dalle tecnologie digitali, in modo da avere il miglior sistema informativo possibile per affrontare, ad esempio, il cambiamento climatico o l’adattamento al cambiamento climatico. Questo adattamento riguarda specialmente i prossimi due decenni, quando sappiamo che sarà inevitabile, che si verificherà, e che gli eventi estremi cambieranno, così come le ricadute sulla società, e dovremo affrontare al meglio la situazione per ridurre il costo in termini economici e di vite umane. Si tratta quindi di un vero e proprio strumento di adattamento».
Rendere accessibile la data science
Uno strumento di adattamento che dovrà essere alla portata di tutti. Altra grande differenza con i modelli climatici è, infatti, quella di rendere accessibile la scienza e i dati su cui il gemello digitale si basa. L’obiettivo è rendere comprensibile la complessità che caratterizza il cambiamento climatico, fenomeno globale che ormai entra sempre più nelle nostre vite quotidiane.
«Gran parte del gemello digitale, che è destinato a persone normali, non esperti o scienziati, riguarda la disponibilità di informazioni e la possibilità di giocarci insieme ad altri dati usando strumenti molto semplici, magari sul proprio telefono o portatile, e di capire effettivamente ciò che conta per noi, che si tratti di dove viviamo, dove lavoriamo, dove vogliamo andare, cosa fanno i nostri figli; per capire meglio cosa significa il cambiamento climatico, oppure quali sono le possibili soluzioni per affrontare e risolvere alcune questioni. Il non esperto probabilmente non è in grado di interagire con un modello climatico, perché non ne conosce la scienza o non ha accesso a supercomputer molto grandi e costosi. Ma per i non addetti ai lavori, un gemello digitale è soprattutto uno strumento molto comodo per trattare informazioni che al momento sono del tutto inaccessibili».
Con i due primi gemelli digitali ora attivi, le prossime tappe di Destination Earth saranno, entro il 2027, l’ulteriore potenziamento del sistema, ed entro il 2030, lo sviluppo completo del gemello digitale della Terra. L’Europa, con la sua eccellenza scientifica e la sua enorme potenza di calcolo, si conferma così protagonista nella lotta al cambiamento climatico.
