Destination Earth는 인간 행동을 포착하려고 시도하여 리더가 기상 현상과 기후 변화가 사회에 미치는 영향을 확인하고 다양한 기후 정책의 영향을 측정할 수 있는 기능을 갖출 예정이다.
Destination Earth는 지구의 대기를 1km의 박스로만 표현함으로써 이전보다 훨씬 더 상세한 실시간 데이터를 바탕으로 예측값을 산출할 수 있다. 이달 말 2차례 워크숍에서 자세히 설명될 이 프로젝트는 내년부터 시작해 유럽이 핀란드, 이탈리아, 스페인에 배치할 3대 슈퍼컴퓨터 중 1대로 진행된다.
Destination Earth은 유럽이 슈퍼컴퓨팅 분야에서 중국, 일본, 미국에 뒤처지고 있다는 두려움으로 인해 초당 10억 개를 계산할 수 있는 궁극적인 "엑사스케일" 기계의 토대를 마련하기 위해 80억 유로를 투자한 유럽 고성능 컴퓨팅 공동 사업(European High-Performance Computing Joint Undertaking)에서 시작됐다.
기후 변화에 영향을 미치는 요소와 요소들 간의 상호 작용을 물리ㆍ화학ㆍ생물학적 특성에 근거하여 수치로 나타낸 모형을 의미하는 기후모델(climate models)은일반적으로 해상도가 50 또는 100km이고 ECMWF의 "유럽" 모델과 같은 상위 모델도 9km이다. Destination Earth의 새로운 모델은 1km 해상도로 이루어질 것이며 알고리즘적 근사치에 의존하지 않고 구름과 폭풍 형성에 중요한 열의 수직 전달인 대류를 직접 렌더링할 수 있게 한다. 막스 플랑크 기상연구소의 기후과학자인 비욘 스티븐스(Bjorn Stevens)는 “제3차원 기후모델링”이라고 평가하고 있다. 이 모델은 또한 열과 탄소의 중요한 이동원인 소용돌이 소용돌이의 행동을 포착할 수 있을 만큼 충분히 세밀하게 바다를 시뮬레이션할 것이다.
일본에서는 1km 지구 기후모델의 선구적인 실행이 폭풍과 소용돌이를 직접 시뮬레이션하면 더 나은 단기 강우 예측으로 이어진다는 것을 보여주었다. 그러나 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐 기후 예측을 개선해야 하는 문제를 안고 있다. 최근 연구에 따르면 기후모델은 지역 온도와 강우량의 변동을 유발하는 바람 패턴의 예측 가능한 변화를 포착하지 못하는 것으로 나타났다. 이 모델이 폭풍과 소용돌이를 재현하지 못하기 때문인 것으로 알려졌다.
Destination Earth는 고해상도 덕분에보다 상세한 데이터를 기반으로 예측이 가능하다. 기상 모델은 위성, 기상 관측소, 항공기 및 부표에서 온도와 압력을 관찰하여 시뮬레이션 한다. 그러나 격자가 넓을 경우 평균값이 잘 나오지 않거나 해빙에 개방된 골절과 같은 넓은 영역을 포괄하는 측정을 시뮬레이션 할 수 없는 단점을 가지고 있다. 피에르 시몬 라플라스 연구소의 구름 과학자인 산드린 보니(Sandrine Bony)는 Destination Earth가 이 격차를 대폭 좁힐 것이라고 말한다.
바르셀로나 슈퍼컴퓨팅 센터의 지구 시스템 과학자인 프란시스코 도블라스-레예스(Francisco Doblas-Reyes)는 이 모델은 대기 오염, 작물 성장, 산불 및 날씨와 기후에 영향을 미치는 것으로 알려진 기타 현상을 나타내는 실시간 데이터도 통합할 것이라고 말했다. 이 모델은 에너지 사용, 교통 패턴 및 인간의 움직임(휴대폰으로 추적)과 같은 사회에 관한 데이터를 기후모델과 함께 활용할 수 있을 것으로 전망했다.
지구 디지털 트윈 구축을 통한 새로운 기후모델링인 Destination Earth의 목표는 정책 입안자들이 기후 변화가 사회에 어떻게 영향을 미칠지 그리고 사회가 기후 변화의 궤적을 어떻게 바꿀 수 있는지 직접 측정할 수 있도록 하는 것이다. 예를 들어, 이 모델은 기후 변화가 브라질의 농업과 이주 패턴에 어떤 영향을 미칠지 그리고 에탄올 보조금 삭감이 아마존의 삼림 벌채를 어떻게 제한할지 예측할 수 있다. 현재 기후 과학자들은 지구 기후모델에서 지역 결과를 추출하여 농업 또는 경제 전문가에게 전달하고 있으며 그것이 인간 행동에 어떻게 영향을 미치지고 있는지 파악하고 있다. 적십자 적신월사 기후 센터(Red Cross Red Crescent Climate Centre)의 기후 위험 과학자인 에린 코플란 페레즈(Erin Coughlan de Perez)는 이제 기후모델이 "날씨가 어떤 상태일지 예보하는 것"에서 "날씨가 어떤 일을 하게 될지를 예측하는 것으로 옮겨가고 있다"고 말한다.
물론 거기까지 다다르는 것은 쉽지 않을 것으로 예상된다. 엑사스케일 슈퍼컴퓨터는 집약적인 계산을 효율적으로 처리하는 그래픽 처리 장치(GPU)뿐만 아니라 기존 컴퓨터 칩에 의존하고 있다. GPU는 모델 구성 요소를 병렬로 실행하고 인공 지능 알고리즘을 훈련시키는 데 적합하다. Destination Earth는 이 두 가지 기술을 모두 활용하고 있다.
모델에 의해 생성되는 방대한 양의 데이터는 그 자체로 문제가 될 것으로 예상되고 있다. 도블라스-레이즈는 일본 팀이 1km 규모의 실험을 했을 때 며칠간의 자료에서 유용한 것을 추출하는데 반년이 걸렸다고 말한다. 데이터에 액세스하여 데이터를 효율적으로 처리하려고 하면 병목 현상이 발생하기 때문이라는 것이다. Destination Earth는 이 문제를 해결하고 실시간으로 모델 결과를 분석할 수 있는 방법을 설계하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
Destination Earth는 댜양한 시간 규모로 기후모델링을 실행할 가능성이 있는 것으로 전망되고 있다. 하나는 거의 매일, 아마도 앞으로 몇 주 또는 몇 달 동안 개별 극한 기상 현상을 시뮬레이션 하는 것이며 다른 모드는 장기 예측으로 반년 정도마다 10년에 걸친 기후 예측이 이루어질 것으로 예상되고 있다. 이런 예측이 ㄴ가능해질 경우 다른 국가에서도 본보기가 될 수 있을 것이라고 전문가들을 말한다.
전문가들은 Destination Earth가 날씨와 기후의 ’나비효과‘뿐만 아니라 지역 인간의 행동이 전 세계적으로 어떻게 영향을 미치는지를 보여줄 수 있는 진정한 지구적 차원의 정보 시스템이 될 것으로 기대하고 있다.
◆ Destination Earth(DestinE)란 무엇인가?
Destination Earth(DestinE)는 유럽 위원회가 추진하고 있는 기후 변화 관련 주요 이니셔티브이다. 지속 가능한 개발을 지원하기 위해 환경 변화와 인간의 영향을 모니터링하고 예측하는 매우 정밀한 지구의 디지털 모델('디지털 트윈')을 개발하는 것을 목표로 한다. 이 야심찬 목표를 달성하기 위해 위원회는 유럽의 과학 및 산업적 우수성과 협력하여 디지털 기술이 보다 지속 가능한 디지털 미래에 효과적으로 기여할 수 있는 방법을 보여줄 것이다.
복잡한 환경 문제 해결을 지원하기 위해 DestinE는 정책 입안자들이 다음과 같은 정책을 수행할 수 있도록 지원할 것이다.
▷시스템 개발(육지, 해양, 대기, 생물권) 및 인간 개입 모니터링 및 시뮬레이션.
▷재해와 그에 따른 사회 경제적 위기를 예상하여 생명을 구하고 대규모 경제 침체 방지.
▷지속 가능한 개발을 위한 시나리오의 개발 및 테스트.
DestinE는 관련 연구 활동을 위해 Digital Europe(EuroHPC 공동 사업의 일환) 및 Horizon Europe과 결합하여 복구 및 복원 기금 계획에 따른 회원국 투자를 받아 추진된다.
◆ 유럽에 DestinE가 필요한 이유
▷ 증거 기반 정책 개발
액세스 가능하고 상호운용 가능한 데이터는 데이터기반 혁신과 생태학적 전환의 핵심이다. DestinE는 디지털 트윈 및 녹색 전환의 목표를 지원하기 위해 사용자 중심 지식을 생성하는 데 도움이 될 것이다. 시뮬레이션 모델과 결합된 지리 공간 및 사회경제적 데이터에 의존하여 '디지털 트윈'에 대한 의사 결정권자, 전문가 및 비전문가 사용자는 고품질 정보, 서비스, 신뢰할 수 있는 모델, 시나리오, 예측 및 시각화에 액세스할 수 있다.
▷ 유럽 그린딜(European Green Deal) 정책에 대한 기여
앞으로 수십 년 동안 기후가 어떻게 발전할지 이해하기 위해 우리가 할 수 있는 모든 것을 하는 것은 완화 정책뿐만 아니라 기후 복원력 구축에도 필수적이다. DestinE는 전례 없는 양의 디테일을 가진 디지털 트윈 어스 시스템을 제공할 것이다. 정책 입안자는 이를 통해 토지 이용, 식량 안보, 수자원 등 기후 변화가 미치는 영향을 더 잘 이해하고, 입법의 잠재적 영향을 더 잘 평가하고, 적절한 완화 조치를 설계하는 데 사용할 수 있을 것이다.
▷ 데이터 액세스 및 벤치마킹 모델
사용자는 DestinE 모델, 알고리즘, 애플리케이션 및 자연 및 사회경제적 데이터에 클라우드 기반 액세스하여 자체 모델을 활용하고 테스트할 수 있다. 전체 시스템과 그 구성요소(오픈 코어 플랫폼, 디지털 트윈 및 서비스)는 DestinE는 광범위한 사용자 요구 및 시나리오에 적응할 수 있도록 사용자 친화적이고 유연성을 가지고 있다.
▷ 사용자별 및 실행 가능한 예측
DestinE는 새로운 지식을 창출하기 위한 전문가 시스템에 혁신을 가져올 수 있다. 예를 들어, 에너지 공급자는 기후에 의존하는 재생 에너지 자원의 장기 가용성에 대한 계획을 세우고 심층 지열 에너지 자원을 설계할 수 있다. 시민 보호 부문과 재보험 산업은 위험 예방 및 완화 전략과 재해 위험 관리의 효과를 테스트할 수 있다.
◆ DestinE의 핵심 구성요소
▷ 오픈 코어 플랫폼
DestinE의 중심에는 사용자에게 친숙하고 안전한 클라우드 기반 디지털 모델링 및 개방형 시뮬레이션 플랫폼이 배치될 것이다. DestinE는 전문가, 과학자, 정책 입안자부터 개인 사용자까지 다양한 이해 관계자들에게 개방될 것이다.
▷ DestinE 데이터 레이크
다양한 데이터 소스를 효과적으로 관리하고 제공하기 위해 DestinE는 전용 데이터 레이크(Data Lake: 분산 데이터 소스 연합에 구축된 데이터 풀)를 사용한다.
▷ 디지털 트윈
디지털 트윈은 실시간 데이터에 의해 제한된 현실을 복제하는 시뮬레이터로 ’현실의 복제품‘이다. 디지털 트윈은 생산의 전반적인 효율을 높이기 위해 산업 공정에서 사용되어 왔다. 이제는 많은 다른 분야(에너지, 교통, 보건, 스마트 시티, 기후 변화, 농업 등)에서 활용되고 있다.
◆ 디지털 트윈 작동 원리
DestinE 디지털 트윈은 고도로 복잡한 지구 시스템의 디지털 복제품이며 극단적인 자연 재해, 기후 변화 적응, 해양 또는 생물 다양성과 같은 지구 과학의 다양한 영역에서 관련 주제들을 중심으로 구축된다. 궁극적인 목표는 이러한 각각의 디지털 트윈을 통합하여 완전한 지구 시스템의 포괄적인 디지털 트윈을 형성하는 것이다.
▷ 극한적 자연 재해Extreme Natural Disasters에 대응
Digital Twin은 데이터를 전례 없는 수준의 속도와 상호 작용의 시뮬레이션 기능과 결합시키고 있다. 이를 통해 의사결정자는 극단적인 자연 사건(예: 홍수, 가뭄, 산불)의 발생과 영향을 보다 정확하게 예측할 수 있을 것이다. 기본 예측의 신뢰성에 대한 정보는 위험 관리 전략이 얼마나 신뢰할 수 있는지를 평가하는 데 도움이 될 것이다. 당국 및 정책 입안자는 가능한 완화 조치의 효과를 테스트할 수 있다.
△취약한 하천 유역에 대한 홍수 또는 가뭄 관리 계획. △시민 보호: 고해상도 지역 비상 관리 계획의 개발 △농업: 폐수 및 가뭄 방지 작물의 재사용 △에너지 및 운송 분야: 수력 발전 정지 대비 및 화력발전소 냉각
▷ 기후 변화 적응
디지털 트윈은 지역 및 국가 차원에서 전례 없는 신뢰성으로 기후 변화의 영향을 예측하는 데 사용된다. EU와 MS가 기후변화의 영향을 완화하기 위한 신뢰할 수 있고 신뢰할 수 있는 적응전략을 개발할 수 있도록 지원할 것이다.
한 예로 DestinE는 스마트 농업을 지원할 것이다. 데이터 분석 및 관련 동향(예: 예상 강우 또는 가뭄 계절과 식물 질병 또는 전염병과의 상관 관계)을 바탕으로 구축하면 보다 비용 효율적이고 지속 가능한 농업 전략을 채택하는 데 도움이 될 것이다. DestinE는 농업 당국에 기초 예측의 품질에 대한 지침을 제공하고 따라서 농업 당국이 측정의 신뢰도를 평가하는 데 도움을 줄 것이다.
▷ 기타 디지털 트윈
2023년 이후에 DestinE는 바다, 생물다양성 또는 이주와 관련된 추가 디지털 트윈을 지원할 것이다. 몇몇 회원국에서는 스마트시티를 위한 도시 디지털 트윈도 등장하고 있다. 이는 지구의 완전한 디지털 트윈을 달성하는 데 기여할 것이다.
도시 디지털 트윈(Urban Digital Twins)은 건물, 거리, 공원 및 나무와 같은 도시의 환경을 가상으로 표현한 것이다.
DestinE는 클라우드 스토리지 및 HPC와 같은 첨단 기술을 사용하여 실시간 데이터를 센서(예: 교통 신호, 전력망)를 통해 통합, 도시 부서 및 정책 입안자가 실시간 시각화를 통해 다음과 같은 목적을 위해 사용할 수 있도록 지원한다. 계획 및 인프라 관리 개선 / 교통 관리 / 날씨 이벤트 예측 / 수거 개선 / 소비 절감
◆ DestinE 파트너
유럽 집행위원회(European Commission)의 지도하에 회원국, 과학 공동체 및 기타 이해당사자들과 협력하여 3개의 위탁 기업이 개방형 핵심 플랫폼을 구현하고 첫 2개의 디지털 트윈을 구현할 것이다.
우주국(ESA) / 중기 기상 예보 센터 / 기상 위성 탐사 기구 /DestinE 구축 자금 / 디지털 유럽 프로그램를 지원하는 R&I 활동을 위한 유럽 연구 프레임워크 프로그램인 Horizon Europe와 연결된 회원국의 활동을 위한 복구 및 복원 기금
◆ DestinE 로드맵
댓글 (0)
댓글 작성