Wissenschaftler haben einen "digitalen Zwilling" der Erde geschaffen, um mögliche Naturkatastrophen zu simulieren

Eine Gruppe von Wissenschaftlern will verschiedene Klimabedingungen simulieren, um reale Risiken für unseren Planeten zu vermeiden. Finden Sie heraus, wie.

Digitale Erde
Ein Team von Wissenschaftlern hat beschlossen, ein digitales Modell unseres Planeten zu erstellen, um die Vorhersage von Naturkatastrophen zu verbessern.

Eine Lektion, an die wir uns alle aus der Grundschule erinnern sollten, ist die Erklärung des Wasserkreislaufs. Selbst wenn sich jemand nicht mehr genau daran erinnert, was er gelernt hat, hat er wahrscheinlich Erinnerungen an eine Art buntes und kreatives Video oder Diagramm.

Für einige von uns ist es wirklich schwer, das zu vergessen. Selbst in der Welt der Erwachsenen ist es leicht und einfach, an die drei Komponenten des Wasserkreislaufs zu denken, die sich, wie beabsichtigt, wiederholen: Verdunstung, Kondensation und Niederschlag.

Unser Planet könnte ohne Wasser nicht überleben, eine Substanz, die 71 % der gesamten Oberfläche unserer Welt ausmacht, und die Ozeane enthalten etwa 97 % dieser Menge. Allerdings kann der Prozess ziemlich kompliziert werden, wenn man das sich ständig verändernde Klima mit einbezieht.

Heute wissen wir alle, wie schwierig es ist, wasserbedingte Naturkatastrophen wie Überschwemmungen, Erdrutsche und Dürren vorherzusagen.

Damit die Wissenschaftler jedoch möglichst genaue Vorhersagen treffen und die Funktionsweise dieses Kreislaufs besser verstehen können, müssen Modelle erstellt und analysiert werden, die möglichst viele hochauflösende Daten enthalten. Im Idealfall decken diese Daten jeden Zentimeter des Planeten ab, von den höchsten Berggipfeln bis hin zum tief im Untergrund vergrabenen Wasser.

Und dank der Finanzierung durch die Europäische Weltraumorganisation bauen Wissenschaftler genau das: einen digitalen Zwilling der Erde und ihres gesamten Wassers, der inspiziert werden kann.

Eine digitale Erde, auf der wir Naturkatastrophen vorhersagen können

Luca Brocca vom Italienischen Nationalen Forschungsrat, Hauptautor eines ausführlichen Papiers zu dieser Studie, arbeitete mit Kollegen an der Erstellung des digitalen Zwillings. Mit diesem Modell können Wissenschaftler ständig neue Daten eingeben, um Best- und Worst-Case-Szenarien von Naturkatastrophen in verschiedenen Umgebungen auf unserem Planeten zu simulieren.

Mit einer digitalen Simulation des Planeten Erde könnte die Vorhersage und Simulation von Naturkatastrophen plausibler werden und zu besseren Möglichkeiten der Schadensbegrenzung in der realen Welt führen.

Durch die Nachbildung eines Erdrutsches beispielsweise können die damit verbundenen Risiken und Bedingungen so überwacht werden, als ob sie in Echtzeit eintreten würden. Auf diese Weise kann man sich auf potenziell zerstörerische Ereignisse in der Zukunft vorbereiten, je nachdem, was man aus jedem Test lernt.

Wie werden diese Modelle also erstellt?

Es hat die Wissenschaftler viel Arbeit gekostet, so viele Satellitendaten wie möglich zu nutzen, die durch eine Vielzahl von Erdbeobachtungen gesammelt wurden. Sie kombinierten dann Messungen von Bodenfeuchtigkeit, Niederschlag, Schneehöhe, Verdunstung und Flussabfluss, die in bestimmten Zeitabständen vorgenommen wurden, um ein klares Bild von der Dynamik der Variablen auf dem gesamten Globus zu erhalten. Die hochauflösenden Modelldaten können dann als interaktives Werkzeug für Wissenschaftler genutzt werden.

"Kooperationen wie diese, zusammen mit Investitionen in die IT-Infrastruktur, werden für die Bewältigung der Auswirkungen des Klimawandels und anderer menschlicher Einflüsse entscheidend sein. - Luca Brocca

Brocca und seine Kollegen benutzten den digitalen Zwilling, um die Po-Ebene in Norditalien und andere Teile des Mittelmeerbeckens zu modellieren. Das Team plant, ähnliche Modelle für ganz Europa zu erstellen, bevor es mit Wissenschaftlern auf anderen Kontinenten zusammenarbeitet.

Das Hauptziel dieses Projekts ist es, die Vorhersage von Überschwemmungen und Erdrutschen zu erleichtern und zu lernen, wie wir unsere Wasserressourcen besser verwalten können.

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Um die Unwägbarkeiten, die bei der Verwendung von Satellitendaten auftreten können, zu bekämpfen, hofft Brocca, künstliche Intelligenz (KI) in sein Programm einbauen zu können, um einige der Schwierigkeiten zu beseitigen. Die KI würde gewissermaßen als ein zusätzliches Paar Augen fungieren, wenn sie richtig trainiert werden kann.

Zu den Vorteilen dieser Zusammenarbeit gehört die Minimierung von Fehlern, die manchmal aufgrund von Veränderungen der atmosphärischen Bedingungen bei der Aufnahme von Bildern auftreten können. Der Einsatz von KI kann auch Zeit sparen, sodass sich die Ingenieure auf andere Bereiche konzentrieren können.

Quellenhinweis: Brocca L., Barbetta S., Camici S., et al. A Digital Twin of the terrestrial water cycle: a glimpse into the future through high-resolution Earth observations. Frontiers in Science (2024).