Living Earth Simulator (LES), en datormodell som simulerar hela planeten Jorden, kommer att försöka ta jordens systemmodellering till en ny nivå genom att koppla samman de komplexa processer som driver jordens klimat, ekosystem, mänskliga beteenden och sociala dynamik.
LES kommer att utvecklas i etapper. Det första steget, som fokuserar på klimatvetenskap, är en uppföljning av Earth Simulator som japanerna har drivit sedan 2002 för klimatsimuleringar baserade på superdatorns Earth Simulator Model (ESM).
Det andra steget kommer att introducera en ekosystemmodell, och det tredje steget kommer att lägga till mänskliga aktiviteter. Målet är att uppnå full drift till 2030.
LES kommer att inrymmas på RIKEN Center for Computational Science i Kobe, Japan. När det är färdigt förväntas LES kunna utföra 1 exaflop av flyttalsoperationer per sekund (en miljard miljarder operationer per sekund) eller 100 gånger kraftfullare än nuvarande ESM.
Modellens simuleringar förväntas ge forskare mycket mer exakta förutsägelser om hur planeten kommer att förändras i framtiden, hur global uppvärmning och klimatförändringar kommer att påverka biosfären och hur miljöutmaningar kan hanteras.
Detaljerad operation
LES verkar genom att simulera de fysiska och kemiska processerna i jordens system, inklusive atmosfären, haven, kryosfären, landytan och biosfären, såväl som mänskliga aktiviteter och sociala interaktioner.
Till exempel simuleras de fysikaliska och kemiska processerna i atmosfären genom att lösa vätskedynamiska ekvationer, och aerosoler och moln genom att lösa mikrofysik och kemiska reaktionsekvationer.
Förutom global uppvärmning och klimatförändringar är LES designad för att simulera ett brett spektrum av andra jordsystemfenomen, inklusive jordbävningar och tsunamier, vulkaner, översvämningar och torka, orkaner och El Nino-Southern Oscillations (ENSO).
LES uppdateras ständigt med den senaste vetenskapliga kunskapen och data, vilket säkerställer att dess förutsägelser är så exakta och tillförlitliga som möjligt. Dessa data matas in i modellen och bearbetas av superdatorn, som simulerar interaktioner mellan olika jordsystem och genererar prognoser för framtida miljö- och klimatförhållanden.
Modellens resultat kan sedan analyseras och visualiseras med hjälp av olika verktyg, vilket gör det möjligt för forskare att få insikter om hur jordens system är sammankopplade och effekterna av mänskliga aktiviteter.
En av de viktigaste utmaningarna i utvecklingen av LES är att representera komplexiteten hos jordens system i en datormodell. Forskare måste förenkla vissa processer och interaktioner för att göra modellen beräkningsmässigt genomförbar, samtidigt som de säkerställer att modellens förutsägelser är korrekta och tillförlitliga.
En annan utmaning är den stora mängd data som krävs för att initiera modellen och för att validera dess förutsägelser. Forskare arbetar ständigt med att förbättra modellens noggrannhet och för att göra den mer effektiv så att den kan användas för att göra allt mer detaljerade och tillförlitliga förutsägelser om planetens framtid.
Applikationer för LES
LES förväntas ha en betydande inverkan på flera områden, inklusive:
- Klimatvetenskap :Modellen kan användas för att förutsäga hur global uppvärmning och klimatförändringar kommer att påverka jordens system och ekosystem.
- Miljöhantering: LES kan hjälpa till att identifiera och mildra miljöpåverkan från mänskliga aktiviteter, såsom föroreningar, avskogning och urbanisering.
- Katastrofinsatser och beredskap :Modellen kan ge tidig varning om potentiella katastrofer, såsom jordbävningar, tsunamier och orkaner.
- Utbildning och forskning LES:LES kan användas som ett verktyg för att lära eleverna om jordsystemvetenskap och för att bedriva forskning om ett brett spektrum av miljöämnen.
Genom att simulera de komplexa interaktionerna mellan de olika komponenterna i jordsystemet, syftar LES till att ge ovärderliga insikter i planetens förflutna, nutid och framtid, och att stödja beslutsfattande för hållbar miljöledning och mänskligt välbefinnande.
