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CAMBIAMENTO CLIMATICO
Utilizzare un supercomputer per evitare che forti inondazioni si trasformino in catastrofi

Intel Core i7
Fino a processori Intel® Xeon® Platinum di seconda generazione

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ClimEx ha sviluppato simulazioni ad alta precisione di fenomeni climatici estremi nel mondo. I modelli di ClimEx permettono agli scienziati di prevedere tempistiche e traiettoria dei fenomeni climatici con velocità e precisione sempre maggiori.

Nella primavera del 2019 una gravissima alluvione ha colpito la regione orientale del Canada. Sulle strade percorse normalmente dalle auto si sono riversati i fiumi. Le migliaia di persone evacuate hanno successivamente fatto ritorno in case fradice immerse nel fango. I ricercatori hanno definito questo evento climatico un"alluvione centennale", a indicare che una catastrofe simile ha una probabilità dell'1% di verificarsi ogni anno. Tuttavia, in un mondo tormentato dai cambiamenti climatici, questa statistica potrebbe presto rivelarsi irrilevante. Appena due anni prima, un'"alluvione centennale" aveva già colpito la stessa area soggetta a inondazioni.

Gli scienziati prevedono che le alluvioni catastrofiche siano destinate a diventare più comuni man mano che i cambiamenti climatici continueranno a riscaldare il pianeta e a stravolgere i modelli climatici. Le alluvioni canadesi del 2017 e del 2019 sono state causate da rapidi aumenti di temperatura e da forti tempeste di neve in primavera, due fattori che si ritiene vengano aggravati dai cambiamenti climatici.

I gravi fenomeni di alluvione avvenuti di recente hanno portato ricercatori e politici a ricalibrare le proprie strategie: se le alluvioni sono destinate a diventare la norma in alcune aree, come prevenire le devastazioni prima che colpiscano?

 

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Il primo passo è la pianificazione e, a questo scopo, è necessario farsi un'idea piuttosto precisa di dove e quando queste gravi alluvioni si abbatteranno esattamente. Il progetto Climate Change and Hydrological Extremes (ClimEx) ha proprio questo obiettivo. Il progetto ha sviluppato modelli ad alta precisione in grado di prevedere e simulare il corso e la violenza delle future alluvioni catastrofiche in Québec e Baviera.

ClimEx è una società cooperativa che integra ricerche meteorologiche con procedure di gestione delle risorse idriche. Si tratta di un'iniziativa di collaborazione tra strutture di supercomputing, università e agenzie governative in Québec (Canada) e Baviera (Germania), tra cui il centro di supercomputing Leibniz-Rechenzentrum (LRZ).

Oltre 50 persone prendono parte al progetto ClimEx, tra cui professori universitari, climatologi e rappresentanti di agenzie governative. Ogni gruppo porta il proprio contributo: gli scienziati forniscono i dati meteorologici, il centro di supercomputing sviluppa i modelli e i funzionari delle agenzie governative creano piani per implementare le indicazioni che emergono dalle ricerche.

L'aspetto più straordinario del progetto è il metodo attraverso il quale si creano le simulazioni meteorologiche sulla potente tecnologia di supercomputing di Lenovo, attività di cui si occupano i ricercatori presso la Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) di Monaco in stretta collaborazione con l'LRZ.

Per supercomputing si intende l'elaborazione di problemi incredibilmente complessi con volumi elevati di dati tramite migliaia di sistemi che operano in parallelo. Sfruttando la potenza delle vaste risorse di supercomputing a disposizione, il team di ricerca dell'LRZ e della LMU è riuscito a creare proiezioni meteorologiche con livelli di dettaglio e precisione senza paragoni. 

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Per iniziare, i ricercatori di ClimEx hanno compilato migliaia di dati meteorologici cronologici per il Québec e la Baviera, insieme alle proiezioni sulle possibili conseguenze dei cambiamenti climatici in ogni area. Questi dati sono stati immessi in sistemi di modellazione avanzati in esecuzione su uno dei sistemi SuperMUC. L'installazione più recente, nota come SuperMUC-NG, è basata su un cluster di server Lenovo ThinkSystem SD650 con raffreddamento a liquido, dotati di processori Intel® Xeon® Platinum.

 

Le simulazioni eseguite sui supercomputer dell'LRZ sono molto più avanzate rispetto alla grafica più semplice che viene proiettata alle spalle dei meteorologi in televisione. I modelli di ClimEx permettono agli scienziati di prevedere le tempistiche e la traiettoria dei fenomeni idrici con velocità e precisione maggiori, per lo più grazie all'elevata risoluzione spaziale delle simulazioni e alla capacità di analizzare migliaia di punti dati contemporaneamente.

 

Dopo aver eseguito circa 50 simulazioni per Baviera e Québec, i ricercatori hanno acquisito un totale di 7.500 anni di dati climatici per ogni area. I risultati sono scoraggianti. 

 

Tra il 2080 e il 2099 i modelli hanno mostrato aumenti di temperatura fino a 8 °C in estate per alcune parti dell'Europa e diminuzioni di temperatura oltre i 12 °C in alcune aree del Québec durante l'inverno. I modelli stimano anche che il clima in Québec ed Europa centrale sarà più secco in estate e più umido in inverno.

 

I ricercatori di ClimEx hanno presentato i propri dati ad alcuni rappresentanti dell'Agenzia per l'Ambiente della Baviera e del Waterborne Expertise Center of Quebec nel corso di due simposi, tenutisi nel 2017 e nel 2019. Messi a parte di questi risultati, i governi locali non solo possono valutare meglio i rischi di alluvione nelle proprie regioni, ma anche iniziare a sviluppare metodi di prevenzione dell'impatto, ad esempio la costruzione di dighe e il divieto di edificazione nelle aree più esposte a inondazioni.

 

Soprattutto, gli algoritmi e la tecnologia per la gestione dei cambiamenti climatici sviluppati per eseguire queste simulazioni troveranno applicazione ben oltre i luoghi studiati da ClimEx. Altre comunità possono adattare il sistema di modellazione per generare previsioni climatiche per le proprie regioni e valutare la probabilità di un'ampia gamma di fenomeni climatici estremi, ad esempio le ondate di calore e gli incendi boschivi.

LRZ Servers
LRZ Servers

Tutto questo ha un risvolto curioso. Mentre modelli come quelli sviluppati nell'ambito del progetto ClimEx sono strumenti essenziali per prepararci alle devastazioni prodotte dai cambiamenti climatici, i centri di supercomputing richiedono immense quantità di energia, e capitali, per funzionare. Alcuni centri utilizzano in un anno più o meno tanta energia quanto quella necessaria a sostenere il fabbisogno di 13.500 nuclei familiari.

 

L'LRZ sta adottando misure rivoluzionarie per ridurre le proprie emissioni di energia. Nel 2012 il centro ha avviato una partnership con Intel e la divisione x86 di IBM  (trasformatasi successivamente in Lenovo Data Center Group) per installare il primo cluster x86 con raffreddamento ad acqua presso la propria sede centrale a Monaco. Da allora l'LRZ ha installato diverse repliche del sistema con raffreddamento ad acqua, inclusi i primi sistemi con marchio Lenovo Neptune® nel 2018. Le tecnologie Lenovo Neptune® branded systems in 2018.  Lenovo Neptune® hanno ridotto i consumi di energia elettrica dell'LRZ fino al 30%, permettendo al centro di risparmiare circa 1,4 milioni di euro all'anno, equivalenti all'elettricità sufficiente ad alimentare 3.650 case tedesche per un anno.

 

Lenovo sa bene che per essere smarter, è necessario un impegno profondo verso l'ambiente. L'azienda ha adottato diverse misure per ridurre le emissioni di carbonio in tutti gli aspetti del proprio operato, dalla produzione alla fabbricazione, dalla spedizione alla logistica.

Solo nell'anno fiscale 2017-2018 Lenovo ha ridotto il proprio consumo energetico complessivo di oltre il 2,5%, implementando progetti di efficienza energetica a livello operativo e installando soluzioni basate su energie rinnovabili laddove possibile. In tutti i casi in cui la riduzione diretta dei consumi energetici non è tecnicamente o economicamente praticabile, l'azienda acquista certificati di attribuzione di energie rinnovabili e compensazioni delle emissioni di CO2 per compensare il proprio consumo energetico.

 

Per Lenovo, l'efficienza energetica ha un ruolo chiave nello sviluppo di nuovi prodotti. Grazie a questo profondo impegno, di recente Lenovo è stata riconosciuta come una delle prime 100 aziende più ecosostenibili al mondo. Mentre i cambiamenti climatici continuano a surriscaldare il pianeta, costringendo l'umanità ad adattarsi, le prossime innovazioni dovranno tenere conto di questo: del futuro del pianeta.


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