Un gemello digitale dell’oceano per studiare l’ambiente marino e proteggerlo

La Commissione UE ha avviato il progetto Europe DTO, che intende predisporre un gemello digitale dell’oceano per avviare strategie a favore della sostenibilità ambientale e persino dell’l’economia.

TAKEAWAY

  • Per affrontare i cambiamenti climatici e per proteggere l’ambiente marino, la Commissione Europea promuove lo sviluppo di European DTO (Digital Twin of the Ocean).
  • È un modello digitale che permetterà di contare su dati utili a gestire in maniera mirata la vita oceanica, contribuendo a fornire informazioni utili per gli scienziati, ma anche per i decisori politici, gli imprenditori e i cittadini.
  • Oltre a European DTO, c’è un progetto a più ampio spettro: Destination Earth e nasce con l’intento di realizzare un digital twin della Terra. È diviso in aree tematiche: una di queste riguarda il ciclo dell’acqua, su cui lavora il team italiano dell’IRPI-CNR.

Un gemello digitale per rappresentare il presente e creare modelli per simulare scenari futuri mirati e attendibili. È questa l’idea della Commissione Europea in tema di digital twins per l’idrologia, da cui si svilupperà European Digital Twin of the Ocean (European DTO), presentato di recente dalla stessa Commissione UE per creare maggiori conoscenze sugli oceani, in modo che possano essere di facile accesso a scienziati, responsabili politici, imprenditori e agli stessi cittadini.

Si vuole fornire loro un insieme di strumenti interattivi e di visualizzazione che potranno permettere di progettare i modi più efficaci per ripristinare gli habitat marini e costieri, sostenere la blue economy e pianificare le strategie più mirate di resilienza e mitigazione ai cambiamenti climatici.

La Commissione UE ha deciso di investire 13 milioni di euro su European DTO per realizzare un gemello digitale base dell’oceano, integrando l’investimento già fatto sul progetto Iliad, finanziato con 19 milioni di euro nell’ambito del Green Deal per presentare proposte di ricerca volte a sperimentare il concetto di digital twin dell’oceano.

L’Unione Europea sta lavorando a un progetto ancora più ampio e decisamente ambizioso: Destination Earth (DestinE) che intende sviluppare un gemello digitale della Terra, un modello digitale a elevata precisione per modellare, monitorare e simulare i fenomeni naturali e le relative attività umane in una prospettiva di attuazione del Green Deal, piano strategico europeo per affrontare il climate change e puntare a raggiungere l’obiettivo Net Zero posto dall’UE e da centrare al 2050.

Si tratta di un progetto sviluppato per aree applicative come foreste, impatti climatici e idrologia. Quest’ultimo è seguito da un team di ricerca italiano, che lavora per realizzare un Digital Twin Earth incentrato sul ciclo dell’acqua, sviluppando una replica digitale del ciclo dell’acqua, dei processi idrologici e dei loro impatti per il bacino del fiume Po, sfruttando tecniche avanzate di telerilevamento e modellazione.

Digital twins per l’idrologia: il gemello digitale dell’oceano punta su big data e AI

Il progetto riguardante la realizzazione del gemello digitale del pianeta Terra è un’iniziativa condotta sia dall’Unione Europea sia dagli Stati Uniti e intende sviluppare un sistema che riproduca il funzionamento del sistema terrestre a una risoluzione tale da ottenere info utili per gli impatti ambientali di vario genere e prendere decisioni in maniera dettagliata.

Con intenti analoghi è nato Europe DTO, progetto in tema di Digital twins per l’idrologia avviato per volontà della Commissione Europea. È concepito come un luogo di co-creazione digitale che riunisce diverse discipline e comunità. «I suoi usi sono illimitati», afferma la stessa istituzione UE, spiegando che per ogni soggetto avrà un’utilità specifica.

I ricercatori lo potranno usare per prevedere come i cambiamenti climatici e le attività umane andranno a influenzare gli ecosistemi marini. Aiuterà a valutare diversi piani di gestione per scegliere quello più efficiente da attuare tenendo conto di tutti i parametri, compresi quelli socio-economici. Le autorità locali ne trarranno beneficio per testare l’efficacia delle infrastrutture blu e verdi resistenti all’innalzamento del livello del mare, testate su diversi scenari.

Ci sarà anche un motivo di utilità per gli imprenditori (per esempio, nell’acquacoltura) e per gli stessi cittadini, che potranno contribuire essi stessi, svolgendo osservazione biologica ed ecologica o allertando nel caso di eventi meteorologici estremi. Questo è quanto segnala la Commissione UE.

Europe DTO funzionerà come un digital twin sul quale potranno essere innestate svariate applicazioni su misura, che possono essere considerati “gemelli locali”. Esso comprenderà: big data, radicati nello spazio dati del digital twin dell’oceano; modelli scientifici in grado di rappresentare tutte le componenti del sistema oceanico, rendendo accessibili e facilmente combinabili i risultati della scienza e della conoscenza.

In particolare, questo spazio digitale funzionerà come un unico ambiente collaborativo virtuale che permetterà a tutti di utilizzare le opportunità fornite, compresi i vari strumenti abilitati dall’intelligenza artificiale.

I vantaggi di un gemello digitale che, dall’oceano, arriva al ciclo dell’acqua

In tema di digital twins per l’idrologia, l’opportunità di contare su un modello digitale dell’oceano offre diversi vantaggi. Con esso sarà più facile verificare se la frequenza degli eventi estremi aumenterà e come ne risentiranno le persone che vivono sulle coste del Mediterraneo.

Inoltre, permetterà di comprendere l’impatto sulla pesca europea, le opportunità di combinare – ad esempio – energia eolica e acquacoltura o che impatto potrebbe avere una specifica area marina offshore, o cosa potrebbe accadere con l’aumento della temperatura del mare e le conseguenze sugli ecosistemi marini.

Interessante, in questo senso, sarà anche la realizzazione e applicazione del digital twins per l’idrologia, più precisamente per il ciclo dell’acqua. È l’oggetto su cui si concentra l’Hydrology Digital Twin, parte integrante del progetto DestinE e che è gestito da scienziati italiani: se ne sta occupando Luca Brocca, coordinatore del Gruppo di Idrologia dell’IRPI (Istituto di Ricerca per la Protezione Idrologica) del CNR, che ha sede a Perugia:

«Nel progetto Digital Twin Earth Hydrology – finanziato dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA)abbiamo sviluppato una ricostruzione 4D dell’idrologia dinamica a una risoluzione senza precedenti attraverso l’integrazione di numerose osservazioni terrestri, con un modello avanzato del sistema. Il Prototipo DTE Hydrology è stato utilizzato per la gestione delle risorse idriche e per l’identificazione di luoghi e tempi di rischio di frane e alluvioni nel bacino del fiume Po, nel nord Italia».

Come spiega lo scienziato italiano a Tech4Future, il digital twin del ciclo dell’acqua è un sistema che integra dati satellitari ad alta risoluzione, disponibili da pochissimi anni, grazie ai satelliti Sentinel del programma europeo Copernicus, in grado di aumentare la copertura e la fornitura di dati per il programma ambientale avviato dalla Commissione Europea.

«Grazie a questi dati provenienti dai satelliti è possibile ricavare informazioni anche riguardanti il ciclo dell’acqua: precipitazioni, evaporazione, umidità del suolo, con una risoluzione di 1 km e a frequenza giornaliera. Potendo contare su di essi, è possibile fare una modellazione avanzata e distribuita che permette di fare previsioni e adottare strategie di gestione».

Digital twins per l’idrologia, dal bacino del Po al Mediterraneo

Dalla realizzazione del gemello digitale del bacino del Po, ora si passa al Mediterraneo, con le prevedibili sfide scientifiche che questo progetto così ampio comporta. Un progetto che, come quello in tema di digital twins per l’idrologia e la Terra, può contare sull’impiego delle tecniche di intelligenza artificiale.

«L’iniziativa europea si basa su cinque componenti: tecnologie satellitari, modellazione avanzata, informazioni e dati storici, infrastruttura IT utile all’archiviazione e all’elaborazione e machine learning: sono tutti strumenti essenziali pronti a confluire nel framework di DestinE – specifica Brocca – Attualmente, abbiamo contemplato le prime quattro in modo dettagliato. Le tecniche di intelligenza artificiale, in particolare machine learning, nella simulazione che faremo per il Mediterraneo, le andremo a considerare e a impiegare specialmente nelle questioni più complesse come, per esempio, nella produzione di stime ad alta risoluzione riguardanti le acque sotterranee».

È un elemento particolarmente importante quello riguardante groundwater: l’acqua presente sotto la superficie terrestre costituisce, infatti, circa un terzo di tutta l’acqua dolce disponibile nel mondo.

Le opportunità e i benefici che può creare una mappa così dettagliata come un digital twin a elevata risoluzione sono significative: solo restando al ciclo dell’acqua, si potrà contare su mappe di rischio dinamiche a livello idrogeologico, per esempio, riguardante frane o alluvioni.

In questi giorni segnati dalla siccità nel nord Italia, in cui occorre gestire al meglio le risorse idriche per usi irrigui e potabili, sarà possibile creare scenari e fornire informazioni mirate utili ai decisori per affrontare la situazione.

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Andrea Ballocchi

Giornalista specializzato in tecnologia, focalizzato su temi che riguardano l'Internet of Things e le tecnologie emergenti che hanno un impatto significativo sulla vita quotidiana e su quella futura. Oltre alla tecnologia si occupa anche di temi legati alla sostenibilità ambientale e non solo (edilizia, architettura, design...)

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