El Barcelona Supercomputing Center creará una réplica virtual de la Tierra para evaluar el cambio climático

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El Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) creará con su supercomputador MareNostrum, que este año pasará de su versión 4 a la 5, una réplica virtual gemela de la Tierra para predecir los efectos y construir resiliencia al cambio climático.

El BSC es uno de los centros de investigación clave en el proyecto europeo Destination Earth (DestinE), que prevé desarrollar gemelos digitales de la Tierra que ayudarán a monitorizar, modelizar y predecir las actividades naturales y humanas, así como a crear y probar escenarios para un desarrollo más sostenible.

DestinE, que cuenta con una inversión inicial de 150 millones de euros procedentes del Programa Europa Digital, se llevará a cabo en un periodo de 7 a 10 años, tiempo en el que conseguirá una réplica digital completa de la Tierra mediante la convergencia de los gemelos digitales (digital twins) que se van a desarrollar.

Según ha explicado el líder del equipo de Computación de Alto Rendimiento del Departamento de Ciencias de la Tierra del BSC, Mario Acosta, esta reproducción permitirá monitorizar y predecir el estado de salud del planeta, teniendo en cuenta los efectos del cambio climático y la evolución de océanos, atmósfera y bosques, además de facilitar a las administraciones una evaluación de la eficacia y el impacto de las políticas públicas medioambientales.

Acosta ha detallado que el planeta digital simulado ilustrará diferentes escenarios sobre cómo podría ser el futuro, teniendo en cuenta cambios climáticos y meteorológicos, simulando lo que podría ocurrir con diferentes grados de calentamiento del planeta y las correspondientes subidas del nivel del mar.
La idea es crear un sistema escalable, que permita introducir cada vez más datos y ofrecer un servicio a usuarios tanto del sector público como privado.

La ejecución de DestinE corre a cargo de tres entidades europeas: el Centro Europeo de Predicción Meteorológica a Medio Plazo (ECMWF, por sus siglas en inglés), la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos (EUMETSAT).

Por su parte, la Iniciativa Común Europea de Computación de Alto Rendimiento (EuroHPC JU) es quien se encarga de proporcionar los recursos de supercomputación necesarios para ponerlos en marcha.

España y Finlandia

En la primera ronda de contratos convocada por el ECMWF para desarrollar los dos primeros gemelos digitales antes de abril de 2024, el BSC ha recibido 4,5 millones de euros y es una de las instituciones con mayor contribución en esta primera ronda y una de las pocas que participan en ambos gemelos, lo que sitúa al centro como uno de los actores clave en el desarrollo de DestinE.

"La ejecución de los modelos no sería posible sin las plataformas de supercomputación de la EuroHPC recientemente elegidas. Aportaremos la experiencia de dos centros de supercomputación líderes en Europa: el CSC en Finlandia y el BSC en España, así como expertos en la materia, para ofrecer un amplio apoyo al desarrollo de los modelos y garantizar el uso eficiente de los nuevos superordenadores de la EuroHPC", ha resaltado Acosta.

Para desarrollar el gemelo digital de la Tierra, el BSC no solo pondrá a disposición una de las infraestructuras de supercomputación más potentes de Europa —el Marenostrum 5—, sino que también participará en desarrollar y aplicar una nueva generación de modelos del sistema terrestre para diferentes sectores de impacto, como son los incendios forestales y los entornos urbanos.

Estos innovadores modelos, que producirán datos con una resolución espacial sin precedentes, ya se están desarrollando en el marco del proyecto Horizon2020 nextGEMS de la UE, en el que también participa el BSC.

"Utilizamos los últimos avances en la conexión entre la modelización del clima y la producción de información climática relevante para el usuario", ha señalado profesor Francisco Doblas, director del Departamento de Ciencias de la Tierra del BSC.

"Teniendo en cuenta que un pequeño sistema de predicción con pocas variables ya produce enormes cantidades de datos, diseñar uno como DestinE (no solo con más variables, sino también con mucho más detalle) multiplicará los datos de forma exponencial. Esta versión virtual de nuestro planeta necesitará una enorme cantidad de datos recogidos del mundo real para ser funcional", ha añadido Doblas.

Dos primeros gemelos digitales

Respecto a los dos primeros gemelos digitales, el primero, denominado Gemelo Digital de Extremos Geofísicos e Inducidos por el Clima, se centrará en los eventos meteorológicos extremos y proporcionará un marco para la evaluación y predicción de este tipo de fenómenos medioambientales brindando, así, soporte para las estimaciones y la gestión de los riesgos. 

El objetivo de este gemelo es proporcionar predicciones de fenómenos extremos a corto plazo con una resolución muy alta, por debajo del kilómetro. 

Por su parte, el Gemelo Digital de Adaptación al Cambio Climático, proporcionará prestaciones y servicios de apoyo a las políticas de adaptación al clima, combinando, entre otros, modelos observacionales y simulaciones meteorológicas, hidrológicas y de calidad del aire.