Destination Earth (DestinE) - digitales Modell der Erde

DestinE wird beispiellose Beobachtungs- und Simulationsfunktionen von DestinE nutzen, die von Europas HPC-Computern und KI-Kapazitäten  angetrieben werden. Dadurch werden wir besser darauf vorbereitet sein, auf Naturkatastrophen größeren Ausmaßes zu reagieren, Wege zur Anpassung an den Klimawandel zu testen und deren sozioökonomische Auswirkungen vorherzusagen. Die Initiative ist auch ein wichtiger Bestandteil der europäischen Datenstrategie, indem der Zugang zu wertvollen Datenquellen in ganz Europa konsolidiert wird.

Benutzer von DestinE, einschließlich nicht-wissenschaftlicher Experten, werden in der Lage sein, auf große Mengen von Erdsystem- und sozioökonomischen Daten zuzugreifen und mit ihnen zu interagieren, um:

• Führen Sie hochpräzise, interaktive und dynamische Simulationen des Erdsystems durch, die auf umfangreichen Beobachtungsdatensätzen basieren. Der Schwerpunkt liegt beispielsweise auf Themenbereichen von gesellschaftlicher Relevanz wie den regionalen Auswirkungen des Klimawandels, Naturgefahren, Meeresökosystemen oder städtischen Räumen.
• Verbessern Sie die Vorhersagefähigkeiten, um die Wirkung zu maximieren. Zum Beispiel, um die biologische Vielfalt zu schützen, Wasser, erneuerbare Energien oder Nahrungsmittelressourcen zu verwalten und Katastrophenrisiken in einer sich verändernden Welt zu mindern.
• Unterstützung der Politikgestaltung und -umsetzung der EU. So sollen beispielsweise die Auswirkungen bestehender umweltpolitischer und legislativer Maßnahmen bewertet und die künftige faktengestützte Politikgestaltung unterstützt werden.
• Nutzen Sie das Potenzial von Distributed and High-Performance Computing (HPC) und Datenhandling im Extremmaßstab. Zum Beispiel über eine interaktive Plattform, die komplexe digitale Zwillinge und umfassende Toolkits zur Entwicklung und zum Betrieb analytischer Modelle mit vollem Zugriff auf große Mengen unterschiedlicher Daten beherbergt.

Darüber hinaus werden die industriellen und technologischen Fähigkeiten Europas unter anderem durch die Simulation und Beobachtung des gesamten Erdsystems und den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) für die Datenanalyse und die Vorhersagemodellierung gestärkt.

Schlüsselkomponenten des Zielerdesystems

DestinE ermöglicht den Nutzern den Zugriff auf thematische Informationen, Dienste, Modelle, Szenarien, Simulationen, Prognosen und Visualisierungen. Die zugrunde liegenden Modelle und Daten werden kontinuierlich bewertet, um zuverlässige und umsetzbare Szenariovorhersagen zu liefern. 

Die Hauptkomponenten des DestinE-Systems sind:

Die zentrale Service-Plattform

Die Core-Service-Plattform bietet einen benutzerfreundlichen Einstiegspunkt für DestinE-Anwender. Die Plattform wird evidenzbasierte Entscheidungsinstrumente, Anwendungen und Dienste bereitstellen, die auf einem offenen, flexiblen und sicheren Cloud-basierten Computing-System basieren. Sie wird Daten-, Cloud- und HPC-Infrastrukturen koordinieren und den Zugang zu einer wachsenden Zahl digitaler Zwillinge ermöglichen, sobald sie über die entsprechenden Bemühungen der Europäischen Kommission und/oder der Mitgliedstaaten schrittweise verfügbar werden.

Die Plattform wird relevante KI-Tools, extrem umfangreiche Datenanalysen und Erdsystemüberwachungs-, Simulations- und Vorhersagefunktionen zur Verfügung stellen. Gleichzeitig werden dedizierte Ressourcen für DestinE-Benutzer bereitgestellt, die es ihnen ermöglichen, die Plattform anzupassen, ihre eigenen Daten zu integrieren und ihre eigenen Anwendungen zu entwickeln.

Die Plattform und die damit verbundenen DestinE-Dienste werden in die Zuständigkeit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) fallen.

Der Data Lake

Der Data Lake vereint bereits bestehende europäische Datenbestände von Copernicus, die Datenbestände der drei Destination Earth-Durchführungsstellen (ESA, EUMETSAT und ECMWF) und andere Quellen wie das Internet der Dinge (IoT) und sozioökonomische Daten. Es integriert auch die neuen Daten, die von den digitalen Zwillingen stammen werden, und schafft so einen kohärenten und eigenständigen DestinE-Datenraum. Sie wird den Zugang zu den Daten ermöglichen, die für den Betrieb der digitalen Zwillinge und der Kerndienstplattform erforderlich sind. Und es wird Benutzerdaten hosten, die mit der DestinE-Benutzergemeinschaft geteilt werden, während die Datenverarbeitung in der Nähe unterstützt wird, um die Leistung und Service-Skalierbarkeit zu maximieren.

Der Data Lake wird von der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) betrieben.

Die digitalen Zwillinge

Digitale Zwillinge sind digitale Nachbildungen der hochkomplexen Erdsysteme, die vom Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersagen (ECMWF) entwickelt wurden.

Sie basieren auf einer nahtlosen Verschmelzung von Echtzeitbeobachtungen und hochauflösender Vorhersagemodellierung in den thematischen Bereichen, ausgehend von den Extremereignissen und der Anpassung an den Klimawandel.

Langfristiges Ziel ist es, zusätzliche digitale Zwillinge wie Ozeane oder Biodiversität zu integrieren und so einen umfassenden digitalen Zwilling des Erdsystems zu schaffen. Die digitalen Zwillinge von DestinE werden den Nutzern einen maßgeschneiderten Zugang zu hochwertigem Wissen für die nutzerspezifische Szenarioentwicklung bieten, die eine evidenzbasierte Entscheidungsfindung unterstützen kann.

Die erste Veröffentlichung der Kerndienstplattform, des Data Lake und der ersten digitalen Zwillinge wird im Juni 2024 in Betrieb genommen. Ermöglicht wurde dies durch die Unterstützung aus dem Programm „Digitales Europa“ der Kommission. 

Horizont Europa bietet Forschungs- und Innovationsmöglichkeiten, die die Weiterentwicklung von DestinE unterstützen. Es bestehen Synergien mit anderen einschlägigen EU-Programmen wie dem Gemeinsamen Unternehmen EuroHPCund dem Weltraumprogramm und damit verbundenen nationalen Initiativen. Die Europäische Kommission koordiniert die DestinE-Initiative in enger Zusammenarbeit mit den Mitgliedstaaten, assoziierten Ländern, wissenschaftlichen Gemeinschaften und Technologieexperten.

Die Initiative wird von drei betrauten Einrichtungen durchgeführt:

1. ECMWF
2. ESA
3. EUMETSAT

Die Umsetzung der ersten Phase der Initiative begann im Januar 2022, nachdem die Europäische Kommission am 15. Dezember 2021 Beitragsvereinbarungen mit den drei Durchführungsstellen unterzeichnet hatte. Phase 1 der Umsetzung endet mit der Einführung des DestinE-Systems am 10. Juni 2024 nach den ersten 2,5 Jahren intensiver Entwicklung. Ab dem Tag des Starts können die Nutzer auf die erste Generation der Infrastruktur, Daten und Dienste zugreifen. Das System wird sich in den folgenden Phasen bis 2030 weiterentwickeln, erweitern und verbessern.

Aktives Stakeholder-Engagement ist entscheidend für den Erfolg von DestinE. Nur durch Stakeholder, die ihre Entwicklung leiten, kann DestinE unserer Vision gerecht werden und eine Lösung für die Bedürfnisse der Benutzergemeinschaft entwickeln. Zu diesem Zweck wurde ein Co-Design-Ansatz angenommen, der die Interessengruppen durch die folgenden beiden Aktivitäten einbezieht:

Offener Stakeholder-Dialog

In der ersten Phase (2022-2024) der Aktivitäten wurde ein offener Dialog mit den Interessenträgern eingerichtet, der in den nächsten Jahren ausgebaut werden soll. Eine breite Palette von Mitwirkenden wird die Möglichkeit haben, die Entwicklung des DestinE-Systems zu leiten, indem sie ihr Feedback zu ihren Bedürfnissen und Anforderungen geben und ihre Erfahrungen mit der Arbeit und Interaktion mit den DestinE-Ergebnissen teilen. Die Interessenträger von DestinE können auch dazu beitragen, relevante Synergien mit nationalen und europäischen Initiativen und Diensten zu ermitteln.

Zu diesen Interessenträgern gehören:

• Mitgliedstaaten
• Nutzer des öffentlichen Sektors
• Forschungs- und Entwicklungspartner
• Stellen, die operative Anwendungen verwalten

Ein spezielles Forum für den Austausch, das DestinE User eXchange, erleichtert detaillierte Diskussionen zwischen den politischen Nutzern auf EU- und nationaler Ebene. Im Mittelpunkt der Diskussionen stehen Anwendungspotenziale, Anforderungen und Lücken der DestinE-Dienste.
Die DestinE User eXchange trifft sich regelmäßig, die ersten beiden Treffen in Frascati und Bonn wurden 2023 und die dritte im Oktober 2024 organisiert.  Im Laufe der Zeit werden im Einklang mit der Reife des Systems weitere Möglichkeiten für Engagement und gemeinsame Entwicklung entwickelt.

Gezielte Nutzerpartnerschaften

Eine weitere Säule des Stakeholder-Engagements von DestinE sind die gezielten Nutzerpartnerschaften. Ziel dieser Partnerschaften ist es, nachhaltige Dienstleistungen während der gesamten Lebensdauer von DestinE zu konzipieren und umzusetzen.  

Wichtige Technologiepartner und kommerzielle Akteure können ihre Kapazitäten und ihr Wissen einbringen, um neuartige Fähigkeiten von DestinE so zu konzipieren und umzusetzen, dass sie den spezifischen Bedürfnissen der Nutzer entsprechen. Ebenso können wir starke Technologiepartnerschaften aufbauen, um DestinE-Dienste zu definieren und zu gestalten, indem wir beispielsweise mit den im Rahmen von Horizont Europa finanzierten Projekten des digitalen Zwillings zusammenarbeiten.
Beispiele für diese Forschungs- und Entwicklungsprojekte sind:
• BioDT (Biodiversität)
• Intertwin (Digital Twin Engine)
• GEO-DT (geophysikalische Extreme)
• Digitaler Zwilling des Ozeans (DTO)
 

• der BioDT (Biodiversität)
• der Intertwin (digitaler Zwillingsmotor)
• GEO-DT (geophysikalische Extreme)
• Digitaler Zwilling des Ozeans (DTO).

Weitere FuE für thematische digitale Zwillinge werden aus dem Arbeitsprogramm von Horizont Europa (2023-2024) finanziert, um die FuE-Basis von DestinE weiter zu bereichern.

DestinE wird schrittweise durch die folgenden wichtigen Meilensteine entwickelt:

• Bis Juni 2024: Entwicklung und Markteinführung der ersten Version der Kerndienstplattform, des Data Lake und der ersten beiden digitalen Zwillinge zu Extremereignissen und Anpassung an den Klimawandel.
• Bis 2027: Weitere Verbesserung des DestinE-Systems, Bereitstellung zusätzlicher Dienste, bahnbrechende KI-Entwicklungen und Synergien mit zusätzlichen digitalen Zwillingen
• Bis 2030: Ein „vollständiger“ digitaler Zwilling des Erdsystems.