Новый перспективный проект, финансируемый Европейским космическим агентством (ЕКА), позволит ученым смоделировать земные катастрофы с беспрецедентным уровнем детализации. Сообщается, что эта модель, которую называют "цифровым двойником Земли", облегчит моделирование "лучших и худших сценариев", связанных с нестабильным водным циклом планеты.
Поскольку океаны покрывают большую часть поверхности нашей планеты, вода оказывает практически безграничное влияние на погоду, а следовательно, и на нашу жизнь. Эта взаимосвязь работает и в обратном направлении: чем больше мы строим плотин, тем больше углекислого газа мы выбрасываем, и чем больше подземных вод мы извлекаем для крупных проектов, таких как сельское хозяйство, тем сильнее изменяется водный цикл Земли. Оценка последствий этих изменений является сложной задачей из-за колоссального объема задействованной воды на Земле.
Однако новое "секретное оружие" инженеров позволит визуализировать последствия изменения нашего водного цикла до того, как эти изменения произойдут. Цифровые двойники или виртуальные модели, которые постоянно получают обновленные данные, функционируют как постоянно меняющееся зеркальное отображение объекта. Это означает, что компьютерная модель, описанная в статье Frontiers in Science, сможет предвидеть изменения в водном цикле перед реальными катастрофами, что приведет к повышению уровня научной и общественной готовности.
Визуализация симуляции гидрологии цифрового двойника Земли над бассейном реки По. Фото: Frontiers In Science.
"Цифровой двойник Земли" разработан несколькими исследовательскими институтами Италии. Инженеры-строители, механики и экологи собрали данные со спутников дистанционного зондирования Земли, таких как Sentinel-1 Copernicus, которые объединяют спектрорадиометрию с умеренным разрешением изображения и инфракрасную радиометрию изображения для получения подробных данных о науке о Земле. Информация, связанная с осадками, испарением, влажностью почвы, глубиной снега и речным стоком, помогла составить более широкую картину круговорота воды на Земле, что позволило команде поэкспериментировать с некоторыми из самых опасных и пессимистичных сценариев.
Они начали с реки По, самой протяженной на территории Италии. Благодаря 141 притоку По подвержена наводнениям — риск, который необходимо контролировать с помощью насыпей на протяжении более половины ее длины. Исследователи использовали "цифрового двойника Земли" для моделирования потенциальных наводнений, оползней и проблем управления оросительной водой. Основываясь на многочисленных шкалах эффективности (которые они откалибровали с использованием данных о расходе воды в реке), модель оказалась довольно точной, даже когда исследователи вносили изменения в симуляцию вплоть до отдельного дня.
Начав с реки По, команда затем расширила свою деятельность на другие районы Средиземноморского бассейна. В конечном итоге они надеются охватить всю Европу, а затем и весь мир. По ходу дела они будут продолжать оттачивать модель, используя локализованные данные о круговороте воды.
«Данный проект является отличным примером синергии между современными спутниковыми технологиями и научным сообществом», — сообщил доктор Лука Брокка, ведущий автор исследования. «Взаимодействие между научными учреждениями и дальнейшее финансирование в области вычислительных технологий окажут ключевое влияние на контроль за последствиями глобального потепления и прочих антропогенных факторов».
