Cloud Computing per la valutazione degli impatti dei cambiamenti climatici

Secondo studi recenti, i cambiamenti climatici minacciano di portare all’estinzione tra il 15% ed il 37% delle specie viventi entro il 2050. E’ pertanto evidente la necessità di studiare tali fenomeni per valutarne l’impatto e suggerire possibili soluzioni alle figure politiche responsabili, come evidenziato anche dalla quarta relazione di valutazione del Gruppo Intergovernativo sui Cambiamenti Climatici (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) [J.Kerr É.ÓTuama S.Nativi P.Mazzetti H.Saarenmaa, 2009].

Tali valutazioni ed analisi richiedono infrastrutture tecnologiche in grado di integrare enormi volumi di informazioni provenienti da archivi di dati di biodiversità, di osservazione della Terra e di scenari di cambiamento climatico.

I requisiti principali per queste infrastrutture sono:

  1. Il supporto di funzionalità per l’interoperabilità multidisciplinare al fine di armonizzare le interfacce dei servizi e modelli di dati;
  2. Elevata scalabilità per consentire l’esecuzione di modelli complessi diversi per il cambiamento climatico e la distribuzione delle specie.

La prima questione è attualmente oggetto di diverse iniziative volte a fornire infrastrutture avanzate per la condivisione di risorse geospaziali e di Scienza della Terra, quali le attività di normalizzazione degli organismi internazionali come ISO e OGC (Open Geospatial Consortium), e le iniziative internazionali quali INSPIRE (Infrastructure for Spatial Information in Europe) e GMES (Global Monitoring for Environment and Security) in Europa, e GEO (Group on Earth Observation) a livello globale.

La scalabilità elevata invece potrebbe essere fornita, in linea di principio, dalle infrastrutture di calcolo distribuito concepite e realizzate negli ultimi dieci anni.

Sulla base di questo scenario e dei punti sopra esposti, la mia attività di tirocinio (per la laurea Triennale in Ingegneria dell’Informazione) si è focalizzata sul porting di un framework per la stima e la proiezione di modelli di nicchia ecologica (Ecological Niche Model, ENM) su una piattaforma di Cloud Computing per il calcolo distribuito. Per questo porting è stato quindi progettato e sviluppato un sistema in grado di interfacciarsi ai servizi di Cloud Computing forniti da Amazon in modo da parallelizzare i calcoli necessari a questo tipo di studi.

Qui di seguito una immagine che mostra a grandi linee l’architettura:

Architettura per lo studio degli impatti climatici su specie viventi con Cloud Computing
Architettura per lo studio degli impatti climatici su specie viventi con Cloud Computing

L’obiettivo dell’attività era la valutazione dei vantaggi del calcolo distribuito nell’elaborazione della distribuzione di specie in base a diversi scenari di cambiamento climatico. La disponibilità di potenza di calcolo on-demand fornita dalle infrastrutture di Cloud Computing rende infatti possibile elaborare in parallelo diversi scenari di cambiamento climatico, con più specie, e con l’utilizzo di diversi algoritmi.

L’attività è stata svolta presso il laboratorio ESSI-Lab (Earth and Space Science Informatics Laboratory) del CNR, nell’ambito della convenzione esistente con il PIN di Prato.

La realizzazione del progetto ha seguito alcune fasi principali. In primo luogo è stato necessario effettuare un’analisi preliminare. È stata analizzata l’architettura di calcolo distribuita Cloud Computing e gli strati dei servizi offerti, analizzando quale fosse utile al raggiungimento dello scopo preposto. Successivamente è stato analizzato il framework per lo studio dei modelli di nicchia ecologica chiamato Open Modeller. Si è analizzato il procedimento svolto dai ricercatori per la stima e la proiezione dei modelli di nicchia

ecologica fondamentale e si sono raccolte informazioni quali:

  • La tipologia dei dati necessari;
  • Le infrastrutture e le modalità necessarie per il reperimento dei dati;
  • I comandi principali per l’utilizzo del framework Open Modeller.

Dopo aver analizzato questi fattori, sono stati realizzati alcuni esempi di stima e proiezione di modelli. Questi test hanno permesso di evidenziare le lacune, le limitazioni e i problemi che i ricercatori si trovano ad affrontare durante lo studio di modelli molto complessi.

Ottenuto un quadro generale dello scenario, si è proceduto alla progettazione dell’architettura di sistema. In base alla progettazione sono stati identificati gli attori del sistema da realizzare e, dopodiché, si è proceduto allo studio ed alla realizzazione del prototipo. Infine sono stati eseguiti alcuni test e la valutazione del risultato.

Il lavoro svolto è stato quindi presentato presso l’European Geosciences Union General Assembly 2011 ed è possibile avere un idea del prototipo di sistema implementato tramite questi due documenti:

Pubblicazione Abstract

Presentazione EGU2011

Riferimenti:

J.Kerr É.ÓTuama S.Nativi P.Mazzetti H.Saarenmaa. (2009). Biodiversity and climate change use scenarios framework for the GEOSS interoperability pilot process. Eological Informatics , 4.

Michele Pierri

Sviluppatore android/web/desktop, blogger, nonchè sostenitore incallito dell’universo Cloud Computing, nel tempo libero amo fare sport e praticare arti marziali.