科学家呼吁开展气候合作

三位研究人员介绍了建立地球数字孪生的计划，该计划旨在帮助人们了解全球变暖的影响并做出应对。

三位顶尖科学家正在帮助带领计算史上最雄心勃勃的项目之一：打造地球的数字孪生。

Peter Bauer、Bjorn Stevens 和 Francisco “Paco” Doblas-Reyes 一致认为，地球的数字孪生需要支持细致到公里级的分辨率，以便越来越多的用户能够探索气候变化的风险并做出应对。他们表示，这项工作将需要加速计算、AI 和广泛的协作。

这些艰巨的工作（其中一些已经采用了 NVIDIA 技术）启发 NVIDIA 开发了Earth-2，以此为这项共同的事业做出贡献。

在 2021 年底发布“Earth-2”计划时，NVIDIA 创始人兼首席执行官黄仁勋曾表示：“我们致力于将 NVIDIA 在计算科学领域的规模和专业知识用于气候研究，并与全球气候科学界携手合作应对气候变化。”

前所未有的大规模协作

黄仁勋的承诺体现了对DestinE（Destination Earth-目标地球）等计划的支持，该计划涉及整个欧盟地区，旨在打造地球的数字孪生。

Bauer 表示：“任何一台计算机都无法凭借一己之力完成这项任务，所以需要全球共同努力。” 作为在欧洲顶级天气预报中心工作了 20 多年的资深人士，Bauer 目前在带领该项目，致力于在 2030 年之前打造出地球规模的模型。

去年，他在《自然》杂志发表联名文章，称这项工作“需要前所未有的大规模协作”。

图 1. Bauer 呼吁就新的地球信息系统开展广泛的国际合作

在今年三月的 GTC 演讲中，Bauer 设想了这样一个联盟——“能够调动许多国家的资源，包括私人机构。如果 NVIDIA 能够参与其中，将会非常有意义。”

图 2.Peter Bauer

有了这样的资源，就能开发新的数字和机器学习模型，然后在大规模的推理作业中运行这些模型，从而进行跨越数十年的预测。

DestinE 起源于 2008 年的一次气候会议，是一系列项目的成果，其中包括 Bauer 在欧洲中期天气预报中心工作时带领的一些项目。该中心位于英国雷丁，开发了一些全球先进的天气预报模型。

每天消耗 PB 级的数据

由于对计算的需求量非常大，因此协作的范围也很广。

图 3.Francisco Doblas-Reyes

巴塞罗那超级计算中心地球科学部门主任 Doblas-Reyes 表示：“我们谈论的是每天产生并且必须快速交付的 PB 级数据。” Doblas-Reyes 是政府间气候变化专门委员会（该委员会负责撰写一些关于气候变化的权威报告）的首席作者，同时也参与了 DestinE 计划。

他在今年 3 月举行的 GTC 上表示，地球数字孪生计划将颠覆传统的天气和气候预报方法，“让用户成为这一过程的驱动者”。其目标是“让用户掌舵，生成对日后应对气候变化更有用的气候信息”。

他在演讲中详细介绍了捕捉气候系统的混沌性质所需的新模型、工作流和系统。

阐明愿景

在 SC20 超算会议的主题演讲中，马克斯·普朗克气象研究所主任 Stevens 阐明了数字孪生的愿景。他带领着全球顶尖气候应用天气模型之一的研究、以及一个实现公里级分辨率的模拟项目，其精度比当前同类最佳的项目还要高出一个数量级。

他表示：“我们需要一种新型计算能力，以用于地球信息系统，使我们能够研究自身行动和政策的后果，从而构建一个更加可持续的未来。”

图 4. Stevens 在 SC20 会议上的里程碑式演讲阐明了地球数字孪生这一愿景

Stevens 描述了一个精确的交互式数字孪生。例如，他设想人们可以进行查询，了解气候变暖会如何影响北欧地区的洪水或非洲的粮食安全。

AI 助力打造交互式模拟

他在去年 GTC 的演讲中表示，在为用户提供这种程度的交互性方面，AI 将发挥主导作用。

“我们需要 AI 来达成既定目标。”他说道，并对 NVIDIA 以及包括 Bauer 和 Doblas-Reyes 在内的同事表示感谢。“真正的进步体现在人们将各自不同的观点汇集在一起，并重新思考我们的工作方式。”

图 5. 气候模拟追求超高分辨率，以获得更高的精度

Doblas-Reyes 在今年的 GTC 演讲中也认同了这种看法。

他说：“在我看来，AI 是数字孪生的必要补充，也唯有通过此，才能真正意义上为用户带来交互性，并很好地助力提供气候发展轨迹。”

一路同行

三位科学家都举例说明了 NVIDIA 技术在应对气候变化的各种项目中的应用。

在 GTC 演讲中，Stevens 以他独有的幽默方式展示了一幅漫画——卡通版黄仁勋像牛顿一样被掉落的苹果砸中，并分享了他参与科研工作历程中的思考。

Stevens 说：“黄仁勋，我们需要你，你也需要我们。”

图 6.Stevens 在他的 GTC 的演讲中幽默地将黄仁勋描绘成牛顿

巴塞罗那超算中心即将引入的 MareNostrum 5 系统就是一个很好的例子。它将有助于加速运行在 NVIDIA H100 Tensor Core GPU 之上的 DestinE 工作。

NVIDIA 负责气候研究的资深气候科学家 Mike Pritchard 表示：“打造地球的数字孪生是一项令人兴奋的工作，这让我们能够借此重新思考 HPC 在 AI 加持下的未来发展。"

他表示，NVIDIA Omniverse可用于连接 3D 工具和开发元宇宙应用，NVIDIA Modulus则用于基于物理信息的机器学习，NVIDIA Triton用于 AI 推理，它们都将在这项多方参与的工作中发挥巨大作用。

Bauer 在他的 GTC 演讲中表示，这是一项不断发展的长期合作。“14 年前，我就这些问题向 NVIDIA 发送了第一封电子邮件，从那时起，NVIDIA 就与我们一路同行。”

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