Computação Ambiental e seus desafios

Gilberto CâmaraDiretor Geral, INPEhttp://www.dpi.inpe.br/gilberto

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XXIX Congresso da SBC, Belo Horizonte, Julho 2010

A pergunta fundamental de nosso tempo

Como a Terra está mudando, e quais as consequências para nossa civilização?

Mudanças globais

Em 2050...

Seremos 9 bilhões pessoas: 6 Gt of GEE e 60 Mt de poluentes urbanos.

Esgotaremos os recursos naturais : Consumiremos 30% da água potável da Terra.

VIveremos perigosamente: 80% em cidades, 25% perto de falhas tectônicas, 2% na costa menos de 1 m acima do nivel do mar.

Computação como Ciência Natural

“Information processes and computation continue to be found abundantly in the deep structures of many fields. Computing is not—in fact, never was—a science only of the artificial.” (Peter Denning, “Computing is a Natural Science”, CACM, 2007).

http://www.red3d.com/cwr/boids/

Conexões e fluxos são universais

Interações entre proteínas de levedura(Barabasi e Boneabau, SciAm, 2003)

Interações entre cientistas do Vale do Silício(Fleming e Marx, Calif Mngt Rew, 2006)

Fluxos de informação no planeta Terra

Transferência de massa e energia entre componentes do planeta

Limites da Modelagem Científica

fonte:David Ruelle(apud John Barrow)

Complexidade do fenômeno

Ince

rtez

a na

s eq

uaçõ

es b

ásic

as

Meteorologia

Reações Químicas Física Materiais

Microeletrônica

Física Partículas

GravitaçãoQuânitica

SistemasVivos

Aquecimento Global

Sistemas Econômicos e Sociais

Limites da Modelagem Científica

fonte:David Ruelle(apud John Barrow)

Complexidade do fenômeno

Ince

rtez

a na

s eq

uaçõ

es b

ásic

as

Meteorologia

Reações Químicas Física Materiais

Microeletrônica

Física Partículas

GravitaçãoQuânitica

SistemasVivos

Aquecimento Global

Sistemas Econômicos e Sociais

e-science

Modelagem computacional

If (... ? ) then ...

Desforestation?

Unir competências de áreas distintasExplicitar concepções distintas do mundo

visualização

redes de sensores

Simulação e modelagem

Computação Ambiental

Interação homem-natureza

visualização

redes de sensores

Simulação e modelagem

Computação Ambiental: dados, modelos, visualização

Interação homem-natureza

Data-intensive science

f ( It+n )

. . FF

f (It) f (It+1) f (It+2)

Modelos sobre natureza: espaço-temporais

“A dynamical spatial model is a computational representation of a real-world process where a location on the earth’s surface changes in response to variations on external and internal dynamics” (Peter Burrough)

Clocks, clouds or ants?

Clocks: deterministic methods

Clouds: statistical distributions

Ants: emerging behaviour

Atmospheric Physics/Dynamics

Tropospheric Chemistry

Global Moisture

Ocean Dynamics

MarineBiogeochemistry

Terrestrial Ecosystems

Terrestrial Energy/Moisture

Climate Change

Pollutants

CO2

CO2

Soil

Land Use

Physical Climate System

Biogeochemical Cycles

Human Activities

(from Earth System Science: An Overview, NASA, 1988)

Modelos do sistema terrestre

modelos científicos: orientados a funções

Ciência do Sistema Terrestre modela interações entre natureza e sociedade

Natureza: Equações físicasdescrevem processos

Sociedade decide como usar os recursos terrestres

Visualização

Computação como Ciência Natural

Computação estuda fluxos de informação em sistemas naturais...

...e como representar e simular fluxos de informação em ambientes artificiais

Como fazer parte da Computação Universal?É preciso ampliar os horizontes da Computação

Onde há fluxo de informação, existe espaço para pesquisa em Computação