Digitaaliset kaksoset Tieteiden yössä
Digitaalinen kaksonen on fyysisestä tutkimuskohteesta tehty digitaalinen kopio, jossa yhdistyvät mallinnus ja havaintodata. Digitaalisia kaksosia on käytetty mallinnukseen ja monitorointiin esimerkiksi teollisuudessa ja lääketieteessä ja nyt myös tieteellisessä tutkimuksessa. Esittelimme Tieteiden yön verkkotapahtumassa CSC:llä kehitettävät digitaaliset kaksoset: ilmastokaksosen ja biodiversiteetin digitaaliset kaksoset. Verkkotapahtuman tallenne on katsottavissa Youtubessa.
Maapallon ilmaston digitaalisen kaksosen avulla voidaan tutkia ilmastonmuutoksen vaikutuksia tulevina vuosikymmeninä
Ilmastokaksonen on osa Euroopan komission Destination Earth -ohjelmaa, jonka tavoitteena on kehittää koko maapallon digitaalinen kaksonen vuoteen 2030 mennessä. Käytännössä tämä tehdään niin, että ensin kehitetään digitaalisia kaksosia eri teemoista ja lopulta ne yhdistetään yhdeksi suureksi maapallon digitaaliseksi kaksoseksi.
– Meidän hankkeessamme digitaalinen kaksonen tarkoittaa uudenlaista mallia maapallosta, jota kalibroidaan jatkuvien havaintojen avulla, ja jonka avulla voidaan tehdä entistä tarkempia simulaatioita esimerkiksi ilmastonmuutoksen vaikutuksista, kertoo CSC:n ilmastostrategi Jenni Kontkanen.
Ilmaston digitaalinen kaksonen simuloi ilmastoa aiempaa tarkemmalla kokoresoluutiolla. Ilmastosimulaatiot yhdistetään sovelluksiin, jotka tuottavat tietoa ilmastonmuutoksen paikallisista vaikutuksista esimerkiksi metsäpaloihin ja jokien tulvimiseen. Tätä tietoa voidaan käyttää päätöksenteon tukena, kun mietitään keinoja hillitä ilmastonmuutosta ja sopeutua muutokseen.
– Ilmastokaksosella on mahdollista testata erilaisia tapoja hillitä ilmatonmuutosta. Jos istutamme lisää metsää tai vähennämme hiilidioksidipäästöjä, niin voimme katsoa paljonko nämä vaikuttavat. Toisaalta voimme myös nähdä mitä tapahtuu, jos emme tee näitä toimenpiteitä.
– Innostavinta on mahdollisuus tehdä konkreettista työtä ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi yhdessä Euroopan huippututkijoiden kanssa.
Biodiversiteetin digitaalinen kaksonen -hankkeessa (BioDT) suunnitellaan erilaisia prototyyppikaksosia, joita voidaan soveltaa monissa yhteyksissä
Kaksosten tarkoituksena on palvella monipuolista käyttäjäkuntaa kansalaisista tutkijoihin sekä viranomaisiin ja kaksosten tuottamia tuloksia voidaan hyödyntää esimerkiksi metsänhoidossa, maankäyttöön ja maatalouteen liittyvässä päätöksenteossa, luonnonsuojelussa sekä myös yritystoiminnassa.
– Perinteisessä ekologisessa tutkimuksessa puuttuu tapoja ennustaa tarkasti ja luotettavasti, miten luonnon monimuotoisuus reagoi ympäristön muutoksiin ja toisaalta puuttuu myös tapoja, joiden avulla mallien tuottamaa dataa voidaan tehokkaasti ja läpinäkyvästi hyödyntää ympäristöön liittyvässä päätöksenteossa. Digitaalisten kaksosten tavoite on vastata näihin kysymyksiin, kertoo BioDT-hankkeen vetäjä, vanhempi datatieteilijä Jesse Harrison CSC:ltä.
– Luonnon monimuotoisuus pohjimmiltaan tarjoaa meille esimerkiksi puhtaan veden, puhtaan ilman ja ruoantuotannon. Toiseksi, se auttaa meitä sopeutumaan paremmin ilmastonmuutokseen ja muihin tuleviin ympäristönmuutoksiin. Yksi konkreettinen esimerkki on pölyttäjät, joiden varassa on suuri osa ruoantuotannosta.
Hankkeessa työstetään useita erilaisia käyttötapauksia, joista yhdessä mallinnetaan lintulajien levinneisyyttä kansalaisen kännyköillä keräämien ääninäytteiden avulla.
– Projektilla on hyvät mahdollisuudet luoda uudenlaista ympäristötietämystä yhdistämällä jo olemassa olevia ja toimivaksi todettuja mallinnustyökaluja sekä dataa uudella tavalla. Kyse ei ole vain mallinnustyökaluista, vaan yleisesti projektin koko lähestymistavasta, joka on ekologian sekä ympäristötieteen saralla uusi. Moniin muihin tieteenaloihin verrattuna nämä alat eivät ole vielä niin kehittyneitä suurteholaskennan hyödyntämisessa. Yksi BioDT:n pyrkimyksistä on parantaa nykyisten ekologisten mallinnustyökalujen kykyä hyödyntää supertietokoneiden tarjoamaa laskentavoimaa. Tämä taas mahdollistaa sellaisen tutkimustyön, joka ei muuten olisi mahdollista, Jesse Harrison jatkaa.
– Nämä aiheet koskevat jokaista ihmistä joka puolella maapalloa. Työ on käytännönläheistä ja tärkeältä tuntuvaa. Ilmastonmuutoksen ja luonnon monimuotoisuuden tutkiminen on myös hyvin kiireellinen aihe.
Katso Jenni Kontkasen ja Jesse Harrisonin esitykset Youtubesta. Jenni Kontkasen haastattelu alkaa 6:05 ja Jesse Harrisonin 31:40.
Tommi Kutilainen
Kirjoittaja on työskennellyt muutaman vuosikymmenen CSC:n viestinnässä ja on erityisen kiinnostunut kaikesta. Twitter: @TommiKutilainen
Lisätietoa:
Ilmastokaksonen on osa Euroopan komission Destination Earth -aloitetta. Destination Earth hankkeen digitaalisten kaksosten toteuttamisesta vastaa Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskus, jonka tilauksesta CSC toteuttaa ilmastokaksosen (Climate Change Adaptation Digital Twin).
CSC:n lisäksi lisäksemme tässä on mukana 12 eri organisaatiosta Euroopasta. Suomesta CSC:n lisäksi mukana ovat Ilmatieteen laitos ja Helsingin yliopisto.
Biodiversiteetin digitaaliset kaksoset on hyvin kansainvälinenhanke ja mukana on yhteensä 22 eri kumppania Euroopasta sekä Isosta-Britanniasta. Suomesta hankkeeseen osallistuvat hanketta johtavan CSC:n lisäksi Helsingin yliopisto ja Jyväskylän yliopisto.