Stworzą cyfrowego bliźniaka Bałtyku. Wszystko dla nauki
Bałtyk dostanie własnego sobowtóra. Nie w postaci kolejnej mapy czy aplikacji pogodowej, ale pełnoprawnego cyfrowego bliźniaka. Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego chcą, by w ciągu kilku lat polski projekt MERMAID stał się jednym z najbardziej zaawansowanych morskich symulatorów w Europie.
Cyfrowy bliźniak to nic innego, jak bardzo dokładna, dynamiczna kopia rzeczywistego obiektu – fabryki, miasta, a teraz także morza. Taki wirtualny odpowiednik jest karmiony danymi z czujników, satelitów i boi pomiarowych, dzięki czemu może na bieżąco odtwarzać i przewidywać, co dzieje się w świecie fizycznym. W przemyśle wykorzystuje się go do testowania awarii bez ryzyka, w energetyce do optymalizacji pracy sieci, a w oceanografii do śledzenia zjawisk, których nie sposób objąć pojedynczym pomiarem.
W przypadku Bałtyku cyfrowy bliźniak ma być czymś więcej, niż tylko kolejną mapą pogody na morzu. Chodzi o połączenie w jednym systemie wielu zjawisk: od wysokości fal i siły prądów, przez zjawiska zlodzenia, aż po ruch plam ropy czy dryf ścieków wypływających z ujść rzek. Do tego dochodzą wskaźniki ekosystemowe, na przykład informacje o tym, gdzie warunki sprzyjają zakwitom glonów albo strefom beztlenowym.
Taki model nie tylko odtwarza teraźniejszość, ale pozwala przewijać Bałtyk w czasie – sprawdzić, jak fala sztormowa uderzy w konkretne nabrzeże za kilkanaście godzin, gdzie za dwa dni znajdą się zanieczyszczenia po awarii, albo jak zmiana klimatu w kolejnych dekadach przebuduje prądy i pokrywę lodową.
MERMAID: Bałtyk w superkomputerze ICM
Za projekt MERMAID odpowiada Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego. Ośrodek od lat prowadzi zaawansowane modelowanie atmosfery i morza, a teraz dostał ponad 12 mln zł z funduszy unijnych na stworzenie operacyjnej platformy prognoz środowiskowych dla całego Bałtyku. Projekt jest rozpisany na 3 lata i ma mieć charakter w pełni operacyjny, a nie wyłącznie badawczy.
MERMAID ma działać jak serce cyfrowego Bałtyku. Do systemu będą spływać dane z satelitów, boi, statków, radarów przybrzeżnych i modeli meteorologicznych. Algorytmy – w tym modele numeryczne i metody uczenia maszynowego – przeliczą te informacje na konkretne prognozy: falowania, prądów, zlodzenia, transportu zanieczyszczeń i wybranych wskaźników ekosystemowych.
Istotne jest to, że wyniki nie zostaną tylko zamknięte w naukowych raportach. Platforma ma udostępniać prognozy poprzez interfejsy API i narzędzia wizualizacyjne, które da się bezpośrednio wpiąć w systemy portów, operatorów farm wiatrowych, administracji morskiej czy służb ratowniczych. Oznacza to, że dla wielu użytkowników cyfrowy bliźniak stanie się niewidocznym, ale krytycznym silnikiem stojącym za ich codziennymi decyzjami.
Kto skorzysta z cyfrowego Bałtyku?
Można powiedzieć, że Bałtyk przypomina zatłoczoną drogę ekspresową. Ruch statków handlowych, promów, holowników, kutrów i jednostek wojskowych jest gęsty, a do tego dochodzi coraz większe zagęszczenie infrastruktury: portów, terminali, farm wiatrowych, rurociągów i kabli energetycznych. Każdy błąd w prognozie warunków może oznaczać opóźniony statek, uszkodzone urządzenia albo po prostu większe ryzyko wypadku.
MERMAID ma tę niepewność ograniczyć. Dokładniejsze prognozy falowania i prądów pomogą kapitanom wybierać bezpieczniejsze trasy podejścia do portu, planować wejścia i wyjścia w oknach spokojniejszej pogody oraz optymalizować prędkości, co przekłada się na mniejsze zużycie paliwa. Porty z kolei będą mogły lepiej zarządzać ruchem, holownikami i oknami przeładunkowymi.
Dla branży offshore, szczególnie morskiej energetyki wiatrowej, cyfrowy bliźniak Bałtyku to narzędzie planowania i serwisowania. Farmy wiatrowe wymagają precyzyjnego prognozowania fal i prądów podczas instalacji fundamentów, serwisu turbin czy prowadzenia kabli. Błędy kosztują tam nie tylko pieniądze, ale i bezpieczeństwo ekip pracujących na morzu. Lepsze dane oznaczają krótsze przestoje i mniejsze ryzyko.
Projekt od początku powstaje we współpracy z przyszłymi użytkownikami: administracją morską, urzędami odpowiedzialnymi za bezpieczeństwo żeglugi, rejestrami statków, służbami hydrograficznymi, sektorem offshore i portami. Wśród partnerów ICM wymienia m.in. Urząd Morski w Gdyni oraz Polski Rejestr Statków, co ma zagwarantować, że model nie skończy jako ciekawostka, ale przydatne narzędzie.
Jeszcze inny wymiar to oczywiście bezpieczeństwo ekologiczne. Jeśli dojdzie do wycieku paliwa, ścieków lub chemikaliów, cyfrowy bliźniak pozwoli w ciągu godzin wyliczyć, gdzie i kiedy dotrą zanieczyszczenia, ile czasu mają służby na reakcję i które odcinki wybrzeża są najbardziej zagrożone.
Bałtyk jako laboratorium zmian klimatu
Bałtyk jest jednym z najszybciej ocieplających się akwenów świata. Coraz częściej pojawiają się tam fale upałów morskich, długotrwałe zakwity sinic, a rozległe strefy przydenne pozostają bez tlenu. Z punktu widzenia nauki to niepokojąca, ale bardzo cenna naturalna pracownia do badania skutków kryzysu klimatycznego.
Cyfrowy bliźniak Bałtyku wpisuje się więc w szerszy trend budowy cyfrowych oceanów – od europejskiej inicjatywy Digital Twin of the Ocean po eksperymentalne modele wysokiej rozdzielczości, które wykorzystują superkomputery i sztuczną inteligencję do śledzenia procesów w morzach i oceanach. Dzięki nim naukowcy mogą symulować scenariusze: od wzrostu temperatury i zasolenia po zmiany w cyrkulacji i bioróżnorodności.
Zobacz także:
MERMAID ma pomóc odpowiedzieć na pytania bardzo praktyczne: jak zmienią się warunki zlodzenia w Zatoce Gdańskiej w kolejnych dekadach, gdzie będą powstawać nowe strefy beztlenowe, jak szybko rośnie ryzyko ekstremalnych sztormów i podnoszenia się poziomu morza zagrażającego portom czy infrastrukturze przybrzeżnej. Te informacje są niezbędne, by sensownie projektować zabezpieczenia przeciwpowodziowe, nowe nabrzeża, czy lokalizacje kolejnych farm wiatrowych.
*Źródło grafiki wprowadzającej: Yasir Wassan, Pexels; Canva Pro
