"Destination Earth": Mit digitalem Zwilling der Erde gegen den Klimawandel

Eine Gruppe von europäischen Forschern hat ein Konzept dafür vorgelegt, wie der geplante digitale Zwilling der Erde umgesetzt werden könnte. Mit diesem Projekt namens "Destination Earth" will die Europäische Union die weitere Entwicklung des Klimawandels und Extremereignisse besser vorhersagen können. Es ist auf zehn Jahre angelegt und soll noch in diesem Jahr angestoßen werden. Am Ende soll ein Modell der Erde stehen, das nicht nur großflächige klimatische Simulationen ermöglicht, sondern auch kleinräumige Wetterprognosen. Dazu sollen unter anderem kontinuierlich Beobachtungsdaten in die Simulation einfließen.

Mit einer Simulation in die Klimakatastrophe

"Destination Earth" ist eine wichtige Komponente der Maßnahmen der EU gegen und angesichts der drohenden Klimakatastrophe. Dazu gehört unter anderem der Green Deal, den die EU Ende 2019 angestoßen hatte. Der "digitale Zwilling der Erde" soll ein Informationssystem sein, in dem Szenarien entwickelt und getestet werden können, die eine nachhaltigere Entwicklung ermöglichen, erklärt nun die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich. ETH-Wissenschaftler haben gemeinsam mit Forschern des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersagen (ECMWF) ausgearbeitet, wie das konkret aussehen könnte. Vorgestellt haben sie ihre Pläne nun im Wissenschaftsmagazin Nature Computational Science.

Wie die Wissenschaftler erklären, haben sich Wetter- und Klimasimulationen auseinander entwickelt. Beschränkten sich erstere auf wenige, aber für das lokale Wetter wichtige, kleinräumige Prozesse, bilden letztere eine breite Palette physikalischer Prozesse ab und ignorieren lokalen Gegebenheiten. Für "Destination Earth" müssten beide Ansätze zusammengeführt werden. Dazu müssten die zugrundeliegenden Codes gänzlich überarbeitet und auf aktuelle Technik angepasst werden. Außerdem sehen sie großes Potenzial in KI-Technik.

Ihre digitale Erde würde Rechenleistung von 20.000 GPUs benötigen und etwa 20 MW an Strom. Ein solcher Supercomputer wäre aktuell einer der schnellsten der Welt. Zieht man Nvidias aktuellen Ampere-Beschleuniger A100 heran, würden 20.000 Modelle eine Rechenleistung von rund 200 PetaFlops bei hoher Genauigkeit (FP64) erreichen – bei KI-Berechnungen wäre noch deutlich mehr drin. Zum Vergleich: Der betagte Summit, derzeit noch auf Platz 2 der weltweit schnellsten Supercomputer, schafft etwa 150 PetaFlops bei 10 MW Leistungsaufnahme. Eine neue Generation von Supercomputern mit schnellerer Hardware steht derweil in den Startlöchern, darunter etwa das Exascale-System Frontier.

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Als konkrete Anwendungsfälle für die gigantische Simulation nennen die Forscher beispielhaft die strategische Planung von Frischwasser- und Lebensmittelversorgung sowie von Windfarmen und Solaranlagen auf. Große Infrastrukturprojekte könnten vorab ebenfalls durchgespielt werden. So ließe sich beispielsweise vor dem Bau eines Deichs in den Niederlanden durchrechnen, ob der auch in 30 Jahren noch hoch genug sein würde, angesichts vermehrter Extremwetterereignisse.

(mho)