現今國際社會並不缺乏強而有效的氣候模型,它們雖成功幫助研究學界與決策者能更加清楚地意識到氣候危機的規模大小,但這些模型提供的都是宏觀、全球性的模擬;而氣候變遷會在生活層面上,對人們的日常再產生何種衝擊,人類社會至今仍是一知半解。

輝達(NVIDIA)近期發表的 Earth-2 超級計算機(supercomputer)就利用機器學習技術,進一步賦能氣候變遷模擬和預測,讓模型解析度精細化到區域性層級

什麼是數位孿生?實體系統的虛擬分身

2019 年起,連續三年被資訊科技研究機構 Gartner 點名為全球十大科技趨勢之一,數位孿生技術(Digital Twin)也常被譯作「數位分身」,是指透過人工智慧、機器學習或軟體,整合並分析即時感知器(sensor)回傳的物理回饋資料,創造出一個虛擬圖像或數位化類比。

經由一連串數據處理與分析,數位孿生技術得以建立起物理現實、虛擬模型間的連結性,即時在虛擬世界裡呈現實體的「真實」情況,診斷或預測可能錯誤,模擬未來變因可能造成哪些後果,並有能力自我學習以不斷優化模型效能。

《富比士》雜誌(Forbes)認為:

「數位孿生是推動創新與產品性能的強大主因,想像一下,他是你最有才華的產品技術師,擁有最先進的監控、分析和預測能力。」

如此龐大的產品開發潛能,過往多被應用在製造業界,例如電網監控、工廠物流管理、自動化機器人等領域,用以優化生產流程;而 NVIDIA 則是藉由名為「Omniverse」的雲端虛擬協作平台,將數位孿生技術應用於產線優化與自駕車訓練

結合三大技術,NVIDIA 要創造地球的數位孿生

如今在氣候變化研究領域,也開始見到數位孿生的應用實例,藉以提供互動性與精細度更高的方法,來針對大氣層、海洋等氣候系統進行追蹤與預測

現有的氣候模擬模型,不外乎是由複雜難解、效能需求極大的運算式所驅動,因此就算是由數一數二的超算所運行的模擬,通常也只能達成 10 至 100 公里之分辨率。然而若要模擬將陽光反射回太空的雲層,就需要精細到公尺級的分辨率。

為了突破上述的技術挑戰,輝達打造出 Earth-2: 外界視為氣候變遷模型應用中,目前全球最強大的超級電腦。這台 AI 超級電腦,結合了 GPU 加速運算、深度學習和物理神經網路的突破性發展,專門用來預測氣候變遷的可能後果,進而協助決策者制定出因應氣候變化的最佳可行方案。

在今年 11 月自家的頂尖人工智慧大會(GPU Technology Conference, GTC)上,執行長黃仁勳勾勒出產品願景,表示 Earth-2 最終將發展為 Omniverse── NVIDIA 進軍元宇宙領域的嘗試──平台世界裡地球的數位分身

「我們或許能真正達成 10、20、30 年後的地球氣候模擬,預測出區域性的環境影響,就能在無可挽回的地步之前,趕緊採取行動減緩衝擊、做出應對。」

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微軟:氣候模擬技術,須由全人類共享

投身氣候政策應用的科技巨擎不只 NVIDIA ,今年八月微軟也在電腦協會(Association of Computing Machinery)一場會議中,發表了名為「DeepMC」的框架(framework),同樣運用機器學習科技,且專門為區域性的氣候模擬所設計,微軟更致力於向普羅大眾推廣這項產品,例如生計深受天氣變化影響的農耕者。

DeepMC 的運作原理是透過參考歷史預報資料、來自感測器的即時天氣資訊,訓練 AI 模型去精確辨認出當地氣候播報,以及實際微氣候之間的落差;該系統也用上被稱作「解構」(decomposition)的方法,從海量氣候資料中,辨識出短期與長期的趨勢或固定模式。

創新技術之外,微軟也強調氣候變遷是全球共同的課題,洪水、龍捲風、熱浪……面對日益頻繁的極端氣候現象,無論是富裕的先進國家或第三世界,都應該享有相關使用權利,才有機會讓氣候模擬技術真正為人類社會貢獻正面價值。

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參考資料:IEEE Spectrum (1)、IEEE Spectrum (2),圖片來源:shutterstock