孿生系統(tǒng)已在開發(fā)中，到2024年夏季將部分投入使用：一個(gè)是極端天氣事件孿生系統(tǒng)，另一個(gè)是氣候變化孿生系統(tǒng)。法國氣象局是極端天氣事件孿生系統(tǒng)的中標(biāo)者，負(fù)責(zé)率領(lǐng)22個(gè)歐洲國家的27個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研發(fā)。
“目的地地球”計(jì)劃目前的預(yù)算為1.5億歐元，圍繞另外兩大支柱展開。一方面，歐洲氣象衛(wèi)星開發(fā)組織建立了一個(gè)名為數(shù)據(jù)湖的大型數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫將匯集“哥白尼計(jì)劃”衛(wèi)星的測量數(shù)據(jù)、各種地面勘測數(shù)據(jù)以及“數(shù)字孿生體”自身生成的信息。另一方面，歐洲航天局開發(fā)了核心服務(wù)平臺，能夠訪問“數(shù)字孿生體”和數(shù)據(jù)湖，并進(jìn)行交互。
歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心“目的地地球”計(jì)劃主任伊里娜·桑杜認(rèn)為，“‘數(shù)字孿生體’確實(shí)是這個(gè)新信息系統(tǒng)的核心”。重要的不僅是提高其模型的分辨率。這位研究員指出，另外兩個(gè)因素也同樣重要：“在一個(gè)系統(tǒng)中匯集”盡可能多的目前處于分離狀態(tài)的信息，以及對她來說“最重要”的交互。用戶可以訪問所有這些數(shù)據(jù)，以及選擇自己需要的數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)建立自己的模型，或者以最符合自己需求的方式查詢這些數(shù)據(jù)。
其實(shí)數(shù)字模型的原理并不新鮮。包括法國在內(nèi)的一些國家的科學(xué)家多年來一直在開發(fā)“地球系統(tǒng)”。在物理觀測和大量計(jì)算的基礎(chǔ)上，這些模擬系統(tǒng)再現(xiàn)了環(huán)境的不同部分，如大氣、冰和海洋、植被和碳通量。
政府間氣候變化問題研究小組在評估報(bào)告中使用這類系統(tǒng)來模擬和預(yù)測氣候變化。但“數(shù)字孿生體”，顧名思義，要求這些模型更加精確。
第一個(gè)“數(shù)字孿生”系統(tǒng)應(yīng)該能夠監(jiān)測區(qū)域級極端天氣事件，如氣旋或熱浪，范圍在200到500米不等。精確度優(yōu)于目前的1000到2000米，同時(shí)使用者還能更好地了解事件的強(qiáng)度和演變情況。它將“按需”運(yùn)行。歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心將制作每日全球預(yù)報(bào)。當(dāng)極端事件發(fā)生時(shí)，機(jī)構(gòu)參與者等未來用戶可以要求激活當(dāng)?shù)氐?ldquo;數(shù)字孿生”系統(tǒng)，以精確預(yù)測受影響的地區(qū)。
“數(shù)字孿生”系統(tǒng)還可以跨越國界——在這一測試階段，組件主要集中在歐洲——并精確定位極端天氣事件。桑杜強(qiáng)調(diào)，這種“靈活性確實(shí)非同一般”。
但極端天氣“數(shù)字孿生”系統(tǒng)的功能比其最初的使命更進(jìn)一步。法國氣象局選擇將“可再生能源、空氣質(zhì)量和水文”所受影響的模型納入其中。法國氣象局“目的地地球”計(jì)劃負(fù)責(zé)人伊麗莎白·熱拉爾說：“因此，我們已經(jīng)超越了天氣預(yù)報(bào)的范疇。”
法國氣象局高等教育與研究部主任馬克·蓬托解釋說，借助這些模型，研究人員“能夠看到政治選擇如何影響我們的生態(tài)平衡”。例如，他們正在將現(xiàn)有水壩引入模型，采用不同的水資源管理政策，據(jù)此衡量用水沖突對水循環(huán)的影響。
芬蘭信息技術(shù)科學(xué)中心正在開發(fā)一個(gè)氣候“數(shù)字孿生”系統(tǒng)，是按需“數(shù)字孿生”系統(tǒng)本地化的體現(xiàn)。它將追蹤20世紀(jì)90年代到2030年、甚至2040年的氣候演變。在這個(gè)問題上，現(xiàn)有模型同樣可以重現(xiàn)或預(yù)測氣候。但這些模型一般以100公里為尺度將大氣層劃分為網(wǎng)格，25公里尺度的模型都很少。
芬蘭信息技術(shù)科學(xué)中心氣候模型的目標(biāo)則是讓全球的數(shù)據(jù)精確度達(dá)到5公里尺度。桑杜說，這是“了不起的尺度下降”。她還說：“在天氣上，精確度越高，就越能直接解析過程，進(jìn)而提高天氣預(yù)報(bào)的質(zhì)量。我們正在對氣候進(jìn)行同樣的探索。”
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