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