Motivation
Computermodelle, die komplexe reale Systeme und Prozesse abbilden, werden immer vielseitiger eingesetzt. Sie helfen dabei, die Wechselwirkungen zwischen diesen Systemen und ihrer Umwelt virtuell zu erforschen, Vorhersagen über ihr Verhalten abzuleiten und verschiedene Handlungsstrategien frühzeitig zu testen. Derartige digitale Zwillinge („Digital Twins“, DT) werden immer wichtiger für Klima- und Umweltstudien, um beispielsweise die Auswirkungen von Klimaveränderungen auf regionale Öko- und Geosysteme besser zu verstehen. Insbesondere aquatische Umgebungen können eine Herausforderung darstellen und erfordern hochentwickelte Modelle und Algorithmen, um sie angemessen zu repräsentieren.
Ziele und Vorgehen
Im Vorhaben DiTAq soll ein DT eines abgeschlossenen Gewässers entwickelt werden, der als Modell für ein aquatisches System dient. Dabei wird zunächst ein System von kleinskaligen digitalen Zwillingen erstellt, die miteinander interagieren und jeweils einen begrenzten Parametersatz umfassen, wie die Sauer- und Nährstoffsättigung, das Pflanzenwachstum oder Temperaturentwicklungen. Ein KI-Modell erlernt dann auf der Grundlage realer Daten, wie diese Faktoren sich gegenseitig beeinflussen, sodass verschiedene Szenarien simuliert werden können. Dies kann beispielsweise helfen, den menschlichen Einfluss auf die Entwicklung eines Gewässers besser zu verstehen und es in Aquakultur- und Fischereikonzepte oder Be- und Entwässerungsstrategien zu integrieren.
Innovationen und Perspektiven
Ein besonderer Fokus liegt darauf, das Verhalten der DT zu validieren und sicherzustellen, dass realistische Szenarien generiert werden. Die Skalierbarkeit und Modularität des Systems wird von Beginn an berücksichtigt, um die Interoperabilität mit weiteren Simulationsmodellen und DTs zu ermöglichen, die größere Modelle wie z.B. die Entwicklung ganzer klimatischer Regionen, abbilden.