Net als een scherm met meer pixels zorgen deze gegevens met een hogere resolutie voor een gedetailleerder beeld. De wetenschappers gebruikten deze gegevens om hun modellering te ontwikkelen en integreerden de modellering vervolgens in een cloudgebaseerd platform dat kan worden gebruikt voor simulaties en visualisaties. Dit is het uiteindelijke doel:een interactief hulpmiddel dat iedereen kan gebruiken om risico's zoals overstromingen en aardverschuivingen in kaart te brengen en watervoorraden te beheren.

"Dit project is een perfect voorbeeld van de synergie tussen geavanceerde satellietmissies en de wetenschappelijke gemeenschap", aldus Brocca. "Samenwerkingen als deze, gekoppeld aan investeringen in computerinfrastructuur, zullen cruciaal zijn voor het beheersen van de effecten van klimaatverandering en andere menselijke gevolgen."

Mensen helpen de toekomst te plannen

De wetenschappers begonnen met het modelleren van de vallei van de Po-rivier en breidden vervolgens de digitale tweeling uit naar andere delen van het Middellandse-Zeegebied. Aankomende projecten zijn van plan zich uit te breiden naar heel Europa, en toekomstige samenwerkingen zullen het mogelijk maken dat dezelfde principes over de hele wereld worden toegepast.

"Het verhaal begon met een initiatief van de European Space Agency", aldus Brocca. "Ik zei dat we moesten beginnen met iets dat we heel goed kennen. De vallei van de Po-rivier is erg complex:we hebben de Alpen, we hebben sneeuw, wat moeilijk te simuleren is, vooral op onregelmatig en complex terrein zoals bergen. Dan is er de vallei met alle menselijke activiteiten – industrie, irrigatie. Dan hebben we een rivier en extreme gebeurtenissen – overstromingen, droogte. En toen zijn we naar de Middellandse Zee verhuisd, wat een goede plek is om extreme gebeurtenissen te onderzoeken, zowel vanwege te veel als te weinig water.

De primaire toepassing van het platform is het verbeteren van de voorspelling van overstromingen en aardverschuivingen en het optimaliseren van het waterbeheer. Om dit op een meer lokaal niveau beter te laten werken, zijn gedetailleerdere gegevens en geavanceerdere modellen nodig. Om bijvoorbeeld het potentieel van een digitale tweeling voor de landbouw te maximaliseren, moet de gegevensresolutie worden gemeten in tientallen meters, niet in honderden.

Bekende onbekenden

Er blijven nog meer uitdagingen bestaan. Deze omvatten vertragingen bij de overdracht van satellietgegevens naar het model, de behoefte aan meer grondobservaties om satellietgegevens te valideren, en de toenemende complexiteit van de algoritmen die nodig zijn om de gegevens te verwerken.

Bovendien is geen enkel model perfect en kunnen satellietgegevens fouten bevatten:onzekerheden moeten goed worden gekarakteriseerd, zodat gebruikers een accuraat beeld krijgen van de betrouwbaarheid van het model. Volgens Brocca zullen kunstmatige intelligentie en machinaal leren een cruciale rol spelen bij het overwinnen van deze uitdagingen, door de data-analyse, verzameling en verwerkingssnelheid te verbeteren en de beoordeling van de datakwaliteit te stroomlijnen.

"De gezamenlijke inspanningen van wetenschappers, ruimtevaartorganisaties en besluitvormers beloven een toekomst waarin Digital Twin Earths voor hydrologie waardevolle inzichten opleveren voor duurzaam waterbeheer en rampenbestendigheid", concludeerde Brocca.

Meer informatie: Een digitale tweeling van de terrestrische watercyclus:een blik in de toekomst door aardobservaties met hoge resolutie, Frontiers in Science (2024). DOI:10.3389/fsci.2023.1190191

Aangeboden door Frontiers