三位研究人員介紹了建立地球數字孿生的計劃，該計劃旨在幫助人們了解全球變暖的影響并做出應對。

三位頂尖科學家正在幫助帶領計算史上最雄心勃勃的項目之一：打造地球的數字孿生。

Peter Bauer、Bjorn Stevens 和 Francisco “Paco” Doblas-Reyes 一致認為，地球的數字孿生需要支持細致到公里級的分辨率，以便越來越多的用戶能夠探索氣候變化的風險并做出應對。他們表示，這項工作將需要加速計算、AI 和廣泛的協作。

這些艱巨的工作（其中一些已經采用了 NVIDIA 技術）啟發 NVIDIA 開發了Earth-2，以此為這項共同的事業做出貢獻。

在 2021 年底發布“Earth-2”計劃時，NVIDIA 創始人兼首席執行官黃仁勛曾表示：“我們致力于將 NVIDIA 在計算科學領域的規模和專業知識用于氣候研究，并與全球氣候科學界攜手合作應對氣候變化。”

前所未有的大規模協作

黃仁勛的承諾體現了對DestinE（Destination Earth-目標地球）等計劃的支持，該計劃涉及整個歐盟地區，旨在打造地球的數字孿生。

Bauer 表示：“任何一臺計算機都無法憑借一己之力完成這項任務，所以需要全球共同努力。” 作為在歐洲頂級天氣預報中心工作了 20 多年的資深人士，Bauer 目前在帶領該項目，致力于在 2030 年之前打造出地球規模的模型。

去年，他在《自然》雜志發表聯名文章，稱這項工作“需要前所未有的大規模協作”。

圖 1. Bauer 呼吁就新的地球信息系統開展廣泛的國際合作

在今年三月的 GTC 演講中，Bauer 設想了這樣一個聯盟——“能夠調動許多國家的資源，包括私人機構。如果 NVIDIA 能夠參與其中，將會非常有意義。”

圖 2.Peter Bauer

有了這樣的資源，就能開發新的數字和機器學習模型，然后在大規模的推理作業中運行這些模型，從而進行跨越數十年的預測。

DestinE 起源于 2008 年的一次氣候會議，是一系列項目的成果，其中包括 Bauer 在歐洲中期天氣預報中心工作時帶領的一些項目。該中心位于英國雷丁，開發了一些全球先進的天氣預報模型。

每天消耗 PB 級的數據

由于對計算的需求量非常大，因此協作的范圍也很廣。

圖 3.Francisco Doblas-Reyes

巴塞羅那超級計算中心地球科學部門主任 Doblas-Reyes 表示：“我們談論的是每天產生并且必須快速交付的 PB 級數據。” Doblas-Reyes 是政府間氣候變化專門委員會（該委員會負責撰寫一些關于氣候變化的權威報告）的首席作者，同時也參與了 DestinE 計劃。

他在今年 3 月舉行的 GTC 上表示，地球數字孿生計劃將顛覆傳統的天氣和氣候預報方法，“讓用戶成為這一過程的驅動者”。其目標是“讓用戶掌舵，生成對日后應對氣候變化更有用的氣候信息”。

他在演講中詳細介紹了捕捉氣候系統的混沌性質所需的新模型、工作流和系統。

闡明愿景

在 SC20 超算會議的主題演講中，馬克斯·普朗克氣象研究所主任 Stevens 闡明了數字孿生的愿景。他帶領著全球頂尖氣候應用天氣模型之一的研究、以及一個實現公里級分辨率的模擬項目，其精度比當前同類最佳的項目還要高出一個數量級。

他表示：“我們需要一種新型計算能力，以用于地球信息系統，使我們能夠研究自身行動和政策的后果，從而構建一個更加可持續的未來。”

圖 4. Stevens 在 SC20 會議上的里程碑式演講闡明了地球數字孿生這一愿景

Stevens 描述了一個精確的交互式數字孿生。例如，他設想人們可以進行查詢，了解氣候變暖會如何影響北歐地區的洪水或非洲的糧食安全。

AI 助力打造交互式模擬

他在去年 GTC 的演講中表示，在為用戶提供這種程度的交互性方面，AI 將發揮主導作用。

“我們需要 AI 來達成既定目標。”他說道，并對 NVIDIA 以及包括 Bauer 和 Doblas-Reyes 在內的同事表示感謝。“真正的進步體現在人們將各自不同的觀點匯集在一起，并重新思考我們的工作方式。”

圖 5. 氣候模擬追求超高分辨率，以獲得更高的精度

Doblas-Reyes 在今年的 GTC 演講中也認同了這種看法。

他說：“在我看來，AI 是數字孿生的必要補充，也唯有通過此，才能真正意義上為用戶帶來交互性，并很好地助力提供氣候發展軌跡。”

一路同行

三位科學家都舉例說明了 NVIDIA 技術在應對氣候變化的各種項目中的應用。

在 GTC 演講中，Stevens 以他獨有的幽默方式展示了一幅漫畫——卡通版黃仁勛像牛頓一樣被掉落的蘋果砸中，并分享了他參與科研工作歷程中的思考。

Stevens 說：“黃仁勛，我們需要你，你也需要我們。”

圖 6.Stevens 在他的 GTC 的演講中幽默地將黃仁勛描繪成牛頓

巴塞羅那超算中心即將引入的 MareNostrum 5 系統就是一個很好的例子。它將有助于加速運行在 NVIDIA H100 Tensor Core GPU 之上的 DestinE 工作。

NVIDIA 負責氣候研究的資深氣候科學家 Mike Pritchard 表示：“打造地球的數字孿生是一項令人興奮的工作，這讓我們能夠借此重新思考 HPC 在 AI 加持下的未來發展。"

他表示，NVIDIA Omniverse可用于連接 3D 工具和開發元宇宙應用，NVIDIA Modulus則用于基于物理信息的機器學習，NVIDIA Triton用于 AI 推理，它們都將在這項多方參與的工作中發揮巨大作用。

Bauer 在他的 GTC 演講中表示，這是一項不斷發展的長期合作。“14 年前，我就這些問題向 NVIDIA 發送了第一封電子郵件，從那時起，NVIDIA 就與我們一路同行。”

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