Il CSCS di Lugano al centro della ricerca climatica globale

I cambiamenti climatici sono una delle sfide cruciali attuali. Dai tavoli dei negoziati internazionali alle agende politiche dei governi, la transizione ecologica e la mitigazione dei rischi ambientali sono priorità globali.

La comunità scientifica è impegnata a livello mondiale per comprendere, prevedere e arginare i fenomeni meteorologici estremi che minacciano ecosistemi ed economie. In questo contesto, i dati relativi alla Terra rappresentano una risorsa strategica: miliardi di informazioni che, se raccolte e analizzate correttamente, possono migliorare significativamente la capacità di prevedere l’evoluzione del clima e affrontare le sfide del futuro.

Per rispondere a questo obiettivo è nata un’importante iniziativa del Politecnico federale di Zurigo (ETH). Il prestigioso ateneo in collaborazione con il Centro Svizzero di Calcolo Scientifico (CSCS) ha copiato i dati climatici e di osservazione della Terra raccolti dalla NASA, pubblici e disponibili gratuitamente, e li ha trasferiti presso il CSCS di Lugano. Questi dati insieme alle risorse computazionali messe a disposizione sul supercomputer Alps permetteranno lo sviluppo di modelli di intelligenza artificiale molto più avanzati, candidando la Svizzera a diventare il fulcro mondiale della diagnostica climatica preventiva.

“Si tratta di un progetto estremamente importante perché parliamo dei cosiddetti observational data della NASA, cioè i dati reali di osservazione della Terra”, afferma Maria Grazia Giuffreda, direttrice associata del CSCS di Lugano. “Sono dati relativi alla Terra accumulati nel corso degli anni. È un immenso patrimonio di informazioni essenziali per capire il Pianeta in cui viviamo“.

Dall’agricoltura all’energia idroelettrica, fino alla protezione dai pericoli naturali quali inondazioni, tempeste o frane: le previsioni meteorologiche precise sono indispensabili per l’economia e la società. Alla base di queste previsioni vi sono sempre più modelli meteorologici e climatici ad alta risoluzione, che descrivono i complessi processi atmosferici mediante equazioni matematiche. Si tratta di modelli tradizionali che richiedono un’enorme potenza di calcolo, garantita dai supercomputer più moderni. In Svizzera, il supercomputer Alps è utilizzato da MeteoSvizzera per le proprie analisi meteorologiche.

Negli ultimi anni sono stati sviluppati altri modelli basati sull’intelligenza artificiale, che non sostituiscono quelli tradizionali ma li completano: sono in grado di prevedere il tempo in modo rapido e affidabile senza richiedere un consumo eccessivo di energia e potenza di calcolo.

“Un vantaggio non indifferente per poter non solo reagire all’impatto dei cambiamenti climatici, ma anche prevenirli e anticiparli grazie a modelli previsionali basati sull’intelligenza artificiale“, prosegue la direttrice del CSCS. “Queste sono le applicazioni dell’IA che noi vogliamo vedere, perché questi possono essere gli strumenti che veramente ci aiuteranno ad adeguarci a questo nuovo contesto climatico“.

Per addestrare in modo affidabile i modelli meteorologici e climatici basati sull’intelligenza artificiale, sono necessarie enormi quantità di dati climatici e di osservazione della Terra di alta qualità. È qui che entra in gioco l’ETH di Zurigo: negli ultimi mesi, gli specialisti del Politecnico federale e del CSCS di Lugano hanno copiato dati della NASA accessibili al pubblico per un volume di circa 100 petabyte e li hanno trasferiti al CSCS.

A titolo di paragone, si parla di una quantità di dati che corrisponde a circa 20 milioni di film cinematografici. Questi dati comprendono informazioni fondamentali sul sistema terrestre, ad esempio sui gas serra, sulle nuvole, sulle precipitazioni o sulle calotte glaciali. Oltre ai dati della NASA, in futuro presso il CSCS saranno archiviati anche i dati della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), l’agenzia nazionale americana che si occupa di meteorologia, oceanografia e monitoraggio del clima. I dati copiati e trasferiti al CSCS non rappresentano solo un’istantanea, ma vengono aggiornati regolarmente e automaticamente non appena la NASA pubblica nuovi dati in rete.

L’idea del Politecnico di Zurigo si è concretizzata per una serie di fattori, come conferma Maria Grazia Giuffreda. “Prima di tutto, il Politecnico federale di Zurigo ha recentemente creato il nuovo ETH Swiss GeoLab, un centro di competenza interdisciplinare per l’osservazione della Terra che si trova a Lucerna e il cui obiettivo è studiare il Pianeta. Il direttore di questo GeoLab è Thomas Zurbuchen, ricercatore e professore che ha lavorato alla NASA per diversi anni e, tra le altre cose, è anche stato direttore del progetto che ha mandato in orbita il James Webb Space Telescope. Grazie alla presenza del GeoLab, dello stesso CSCS qui a Lugano e dei buoni contatti di Zurbuchen con la NASA, si è creata l’immensa opportunità di poter raggruppare in Svizzera sia i dati dell’agenzia spaziale americana (gratuiti e disponibili pubblicamente), sia le risorse computazionali per analizzarli e per sviluppare i modelli di previsione meteorologica e climatica. La Svizzera è così diventata l’hub dello sviluppo e dell’innovazione per questi modelli di previsioni basati sull’intelligenza artificiale“.

Una questione di opportunità, ma anche storica, geografica e climatica particolare della Svizzera. “Per il CSCS, climatologia e meteorologia sono sempre stati un pilastro fondamentale“, prosegue la direttrice. “Non dimentichiamo che Alps è nato proprio per le analisi in questi ambiti. Inoltre, la Svizzera è particolare dal punto di vista della climatologia e della meteorologia per via della sua topografia, caratterizzata dalla presenza delle Alpi. Questo fa sì che in Svizzera l’impatto del cambiamento climatico sarà probabilmente più drammatico rispetto ad altri Paesi. Il cambiamento climatico è ormai un dato di fatto. Adesso bisogna capire come reagire a questo nuovo contesto“.

Con la competenza scientifica, i dati e il supercomputer Alps ora è possibile farlo direttamente in Svizzera.

L’opportunità colta dal Politecnico federale di Zurigo scongiura almeno in parte il rischio di veder perdute per sempre tutte queste informazioni sul Pianeta Terra. “Istituzioni come la NOAA e la NASA gestiscono complessi programmi di rilevamento con satelliti, palloni sonda e stazioni di misurazione. Senza di loro, oggi sapremmo molto meno sul nostro pianeta”, afferma il professor Thomas Zurbuchen dell’ETH, che ha avviato il trasferimento dei dati. Tuttavia, a causa delle attuali misure di risparmio negli Stati Uniti, il futuro di alcuni servizi di dati è incerto. Per l’ex responsabile scientifico della NASA, questo ha rappresentato un’ulteriore motivazione per raggruppare i dati importanti presso il CSCS di Lugano.

La mossa dell’ETH fa parte di una strategia più ampia: il Politecnico di Zurigo intende integrare maggiormente i dati, la potenza di calcolo di Alps e i moderni metodi di analisi. In futuro, i dati non dovranno solo essere archiviati, ma anche elaborati in modo tale che i ricercatori possano analizzarli con metodi basati sull’intelligenza artificiale e addestrare nuovi modelli di IA.

“L’idea è di mettere a disposizione di tutti i ricercatori e le ricercatrici in meteorologia e climatologia queste informazioni, affinché possano sviluppare nuovi progetti e nuovi modelli basati sull’intelligenza artificiale“, spiega Maria Grazia Giuffreda. “Se questi modelli riusciranno a soddisfare le aspettative, si potranno fare previsioni del tempo a livello globale a più lungo termine e in tempi molto più brevi“.

Nel contesto climatico attuale, poter prevedere e anticipare gli impatti di forti piogge, siccità e altri eventi atmosferici sarebbe di grande aiuto. Grazie al progetto del Politecnico federale, questa sfida sembra meno ardua e sarà possibile risolvere o anticipare problematiche meteorologiche e climatiche (ad esempio frane e inondazioni) nell’arco alpino, così come aiutare altri Paesi nel mondo che devono affrontare altre situazioni, come lunghi periodi di siccità.