气候变暖会让地球走向何方？“数字地球”提前模拟

ESA

作者｜刘强 浙江大学环境与资源学院

编辑｜陈天真

每年的4月22日是世界地球日，今年的主题是修复我们的地球。如今，随着全球温室气体浓度超过400ppm的临界值，由此引发的愈加频繁的气候灾难就像悬在我们头顶的定时炸弹。

我们只有一个地球，面对这场关乎人类命运的气候危机必须慎之又慎。那么，在科技如此发达的今天，是否可以为地球建造一个虚拟分身，让我们更真切地感知到地球的喜怒哀乐，提前预知各种人类活动和环境政策可能导致的后果呢？

最近，欧洲科学家就发起了一个名为“目的地地球倡议”的项目，提出建立“数字孪生地球”的想法，试图在数字世界为地球建造一个孪生体，帮助预测人类当前的生态前景和环境政策的真实作用。

用数字孪生技术克隆地球

2020年6月，我国南方多省连续31天拉响“暴雨警报”，250条江河干流水位超历史极值；到了12月末，一场60年不遇的“霸王级寒潮”袭击大江南北，冻透大约八成国土；2021年2月初，美国德克萨斯州再度出现罕见强度“寒潮”袭击，数以千万人口断水断电……我们的星球似乎变得越来越喜怒无常，冷热雨雪都在以前所未有的惊人强度冲击人类社会。

根据世界气象组织发布的《2020年全球气候状况》报告，这些极端气候灾难的矛头无比清晰地指向一个结论——全球气候变暖。

和工业革命爆发前的地球比较，全球平均温度已经至少升高1.5摄氏度。人类活动是整个全球气候升温的最大变量。如果对此熟视无睹，在肉眼可见的未来，这个可怕的趋势将再难“回头”。

全球变暖导致气候灾难频发。｜Mellimage, Montree Hanlue/Shutterstock

面对迫在眉睫的气候危机，如何最大限度调用所有社会资源，携手应对挑战，人类并没有统一答案。土地广阔的国家说要全球种树，技术发达的国家说要立刻禁排，贫穷的国家说需要发展经济，顾不过来…… 要通过国际合作制定地球环境政策，可谓困难重重。

我们亟需一把尺子，来丈量一份环境治理提案在未来会指向何方。“数字孪生地球”就提供了这样一把尺子。

数字孪生地球，也叫克隆地球，就是在虚拟的数字世界中构建一个和真实地球一模一样的“孪生体”。要知道真实的地球运转状况如何，可以通过数字世界的“分身”清晰感知，甚至提前作出预判，就像童话里女巫用水晶球占卜一样。

事实上，地球的这个孪生兄弟不仅仅是真实地球的简单镜像，还能和物理实体保持实时互动。它不单会忠实地描述地球在过去和当下的运行状态和轨迹，还将结合过去的经验数据和自身的模型演算，将人类活动对生态环境的所有影响清晰准确地呈现出来。

数字孪生地球不单可以清楚记录和呈现地球状态，还能基于过去的数据预测未来。｜来自网络

感知地球的喜怒哀乐

早在1988年的美国，就有人提出给地球打造一个“数字分身”的想法，不过由于技术限制，这个宏大的理想只是停留在纸面上的理论假说。

随着大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展，加上地理信息技术与航空航天产业深度融合，构建数字化地球才真正成为可能。谷歌地球（Google Earth）由于借助美国在遥感对地观测和全球卫星定位导航等领域的先发优势，成为发展最早和目前最为成熟的数字地球产品。

想象地球有个孪生兄弟或许有些抽象，其实在今年2月，在上海市中心繁华的南京路，一座百年历史的建筑就拥有了它在数字世界的“孪生兄弟”。利用数字孪生技术，这个构成城市微小单元的建筑被赋予了“生命”，成了一个能感知、会思考、可进化、有温度的“生命体”。

上海市将百年历史建筑南京大楼升级成一座 “活着”的数字孪生大楼。｜上海市黄浦区人民政府网站

类似于用数字孪生技术“激活”一座大楼，我们也可以为世界万物，甚至地球建造数字孪生体。

在真实世界中，大楼着火了不会像人一样高喊呼救，汽车不会因为看到行人就主动停下来，地球“发烧难受”只能通过频繁不断的灾难给人类示警。但依靠数字孪生技术，为真实物体构建数字孪生体，将为它们赋予生命。汽车看到行人会自动刹车；大楼会像一个机警的警卫，出现危机第一时间呼救；而我们也可以真切感知到地球母亲的喜怒哀乐。

用数字孪生技术可以在现实世界之外构建另一个“活着的”数字世界。｜来自网络

用最好的技术阻止最坏的结局

工业革命以来，技术进步让人类感到前所未有的自信甚至傲慢，仿佛自然是一个可以轻易征服的对象。我们肆无忌惮地砍伐、焚烧、排放，而伤痕累累的地球则用山呼海啸、干旱洪灾、酷热寒潮给人类以惊醒。人类和自然能够用更加“文明”的方式沟通吗？数字孪生地球就提供了这样一种方式。

这一次，人类不再因为技术进步为所欲为，而是试图用用最好的技术去阻止地球走向最糟糕的结局。

相信在未来，随着越来越精确的气象监测，以及人类活动等大数据源源不断的投喂，数字孪生地球将为我们提供越来越准确的星球生态监测及未来场景预测。到时，人类社会提出的种种生态猜想，关于环境政策的纷纭讨论，将不再是各说各话的空谈，而是脚踏实地的实干。

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