ChEESE | il supercalcolo per mitigare i rischi geologici

Dopo tre anni e mezzo di ricerca, il Centre of Excellence for Exascale in Solid Earth (ChEESE), finanziato dall'Unione Europea, è riuscito a sviluppare diversi codici numerici e applicazioni per la mitigazione dei rischi in ambiti quali terremoti, vulcani e tsunami e che possono essere utilizzati come servizi a supporto del processo decisionale, nel settore pubblico e privato. I potenziali servizi, che hanno dimostrato di funzionare in modo efficiente sugli attuali prototipi di supercomputer pre-exascale (come ad esempio Leonardo, gestito da CINECA), sono stati testati, a scopo dimostrativo, in ambienti operazionali.

Il progetto, cui Cineca partecipa mettendo a disposizione risorse e competenze, è stato coordinato dal Barcelona Supercomputing Center in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). I codici sviluppati hanno permesso di effettuare simulazioni numeriche in modo efficiente sui più potenti supercomputer europei, in grado di processare milioni di miliardi di operazioni al secondo.

“Nell’ambito di ChEESE abbiamo sviluppato 10 codici di punta per le scienze della Terra Solida (nel work package guidato da CINECA ndr)” spiega il coordinatore del progetto, il Professor Arnau Folch, esperto del Barcelona Supercomputing Center (BSC) e del Consiglio nazionale spagnolo delle ricerche (CSIC). “I codici e le applicazioni sono stati messi a punto collaborando a stretto contatto con gli enti di ricerca, le agenzie di protezione civile e i centri di allerta globali come i ‘Volcanic Ash Advisory Centers (VAAC)’ e alcuni ‘Tsunami Service Providers’, come il CAT-INGV, dello ‘Tsunami Early Warning and Mitigation System in the North-eastern Atlantic, the Mediterranean and connected seas’. Questa sinergia ha permesso di creare servizi in grado di rispondere alle future esigenze di mitigazione dei rischi geologici, utilizzando le infrastrutture computazionali di nuova generazione”.

Servizi di mitigazione dei rischi geologici per l'Europa
I servizi sviluppati da ChEESE, che si configurano come nuovi, potenziali alleati delle istituzioni preposte alla gestione delle emergenze ambientali, sono stati sperimentati sulle principali infrastrutture europee di calcolo ad alte prestazioni, tra cui il supercalcolatore Marconi100 del CINECA: MareNostrum4 del Barcelona Supercomputing Center (Spagna), Joliot Curie della Commissione francese per le energie alternative e l'energia atomica (Francia), SuperMUC-NG del Leibniz Supercomputing Centre (Germania), PizDaint del Centro Nazionale Svizzero di Supercalcolo (Svizzera). 

Tra le principali applicazioni dei 10 codici europei di punta, spiccano l’uso del supercalcolo urgente (urgent HPC) per ottenere:

• mappe ad alta risoluzione dello scuotimento del suolo, calcolate entro poche ore dal verificarsi di un terremoto;
• simulazioni estremamente veloci e ad alta risoluzione della generazione e propagazione di tsunami e rapide previsioni probabilistiche dell'inondazione a seguito di un terremoto in mare o vicino alle coste.

In futuro, si prevede che i codici possano essere utilizzati nella valutazione del rischio sismico mediante un software all'avanguardia di simulazione sismica. Potranno anche essere utili per l’aggiornamento delle mappe di rischio vulcanico e nelle previsioni delle nubi di cenere vulcanica, poco prima o durante un'eruzione. In questo caso, avranno l'obiettivo di identificare le aree interessate dalla caduta di cenere nelle ore o giorni successivi riducendo, così, il rischio che aerei percorrano rotte interessate dalle nubi vulcaniche.

Recentemente è stato possibile utilizzare l'urgent computing per la previsione della dispersione di ceneri vulcaniche  durante l'eruzione del Cumbre Vieja sull'isola di La Palma, nelle Isole Canarie. Lo staff impegnato nell'ambito del progetto ChEESE ha collaborato con il comitato scientifico PEVOLCA (Piano speciale per la protezione civile e l'attenzione di emergenza per il rischio vulcanico nella Comunità autonoma delle Isole Canarie) per mitigare gli effetti dell'eruzione fornendo scenari giornalieri di dispersione di ceneri e gas elaborati attraverso il supercomputer MareNostrum 4 a disposizione del BSC. 
Le informazioni fornite hanno supportato le autorità locali nei processi decisionali volti alla mitigazione del rischio, come nel caso della chiusura dell'aeroporto locale o delle misure di confinamento della popolazione in base alla qualità dell'aria prevista. 

“L'utilizzo del nostro servizio in un ambiente operativo reale ha dimostrato che il nostro lavoro può avere un impatto diretto sulla vita delle persone colpite da pericoli naturali. Con il progetto ChEESE, iniziato nel novembre 2018 e terminato lo scorso marzo 2022, abbiamo sviluppato metodologie e flussi di lavoro che continueranno a essere sviluppati e utilizzati anche in altri progetti europei, tra cui eFlows4HPC, DT-GEO e GEO-INQUIRE", ha affermato Folch.

A proposito di ChEESE 

ChEESE è il Centro di Eccellenza (CoE) per la Terra Solida che mira a diventare un hub per il software HPC all'interno della comunità delle scienze della Terra Solida. Coordinato dal Barcelona Supercomputing Center dal 1 novembre 2018 al 31 marzo 2022, questo CoE ha ricevuto un finanziamento di 7,7 milioni di euro dalla Commissione europea. Partecipano al CoE altri partner accademici e industriali di livello mondiale provenienti da tutta Europa: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Icelandic Met Office, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart, CINECA, Technical University of Munich, Ludwig-Maximilians-Universität München, Universidad de Málaga, Norges Geotekniske Institutt, Institut de Physique du Globe de Paris, Centre National de la Recherche Scientifique e Bull SAS.

Il progetto ChEESE ha ricevuto finanziamenti dal programma Horizon 2020 dell'Unione Europea, nell’ambito del programma “Ricerca e innovazione”, contratto Nº 823844. Le attività e la distribuzione dei servizi continueranno in altri progetti e il consorzio ha appena sottomesso una proposta progettuale per la seconda fase progettuale.