Un sistema de computación basado en la nube ayuda a los científicos a estudiar la respiración de la biósfera
Estudiar el medio ambiente sería sencillo si no fuera por una cosa: incluso un ecosistema aislado es increíblemente complejo. Los factores a estudiarse incluyen los sistemas de agua, los ciclos de vida de las plantas, las fluctuaciones en bióxido de carbono y el uso de los recursos por parte de los humanos, entre muchos otros —y cada uno se puede estudiar a nivel de una planta o del planeta, así como medirse en un instante o durante décadas—.
MODISAzure permite que los cálculos escalen de días y de lugares específicos a décadas y continentes. Aquí, una imagen muestra un año de datos de evapotranspiración en E.U.A. El sistema proporciona a los científicos, los políticos y otros una herramienta para cuantificar los servicios ecológicos de la tierra para compensar las emisiones de carbono con combustibles fósiles.
“Cuando estudiamos el medio ambiente básicamente tratamos de iluminar un dibujo por números, y ese dibujo es una película. Cada día y cada segundo cambia a otra escena”, comenta Dennis Baldocchi, profesor de biometeorología en la Universidad de California, en Berkeley. Él y sus colegas científicos anunciaron una herramienta de investigación que simplifica el análisis de datos para permitir a los investigadores enfocarse en lo que Baldocchi denomina “la respiración de la biósfera”.
Microsoft Research presentó un proyecto ambiental que ofrece a los investigadores recursos de datos para realizar estudios científicos detallados sobre el clima. El sistema combina modelado biofísico de vanguardia con un conjunto de datos de imágenes satelitales basado en la nube y con datos de sensor en tierra para soportar el análisis científico del carbono y el clima a escala global. Este enfoque permite a los científicos de distintas disciplinas compartir datos y algoritmos, lo que les ayuda a comprender y visualizar mejor la manera en que se comportan los ecosistemas cada vez que ocurre un cambio climático.
El sistema fue desarrollado por Baldocchi; Youngryel Ryu, investigador posdoctoral en biometeorología en la Universidad de Harvard; y Catharine van Ingen, arquitecta y socia de Microsoft Research. Baldocchi, Ryu y van Ingen han estado trabajando en el proyecto con investigadores de UC Berkeley, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, de la Universidad de Virginia y de la Universidad de Indiana.
Los datos se reúnen a partir de las imágenes satelitales y de más de 500 torres FLUXNET, que forman una red global de arreglos de sensores de tierra que miden los flujos de bióxido de carbono y de vapor de agua. Los datos se pueden analizar a detalle —un sólo kilómetro— o a escala global. Asimismo, los datos se pueden escalar por tiempo: desde la imagen inmediata medida durante el barrido de cinco minutos de un satélite sobre un área determinada hasta los cambios complejos registrados a lo largo de una década o más.
“Nuestro objetivo consiste en brindar información espacial y temporal en alta resolución y en ser capaces de proporcionar a la gente información granular para que pueda realizar diagnósticos de lo que está sucediendo y hacer un mejor trabajo de predicción”, destacó Baldocchi.
El sistema está basado en MODISAzure, una herramienta para descargar, procesar y reducir diversas imágenes satelitales. Emplea la plataforma Windows Azure para proporcionar los resultados del cómputo masivo en la nube directamente en los escritorios de los investigadores, sin la inversión ni el mantenimiento que requiere una supercomputadora. Los investigadores de Berkeley han utilizado 250 horas de CPU hasta la fecha —una cantidad mínima respecto a los estándares de la supercomputación, pero una cantidad de tiempo importante para los investigadores que sólo utilizan computadoras portátiles y de escritorio—.
Con el sistema basado en la nube, explica van Ingen, los investigadores pueden enfocarse en las cuestiones científicas sin tener que preocuparse por el costo o los problemas de logística asociados al manejo de computadoras.
“¿Cómo sería si las computadoras fueran gratuitas y la gente fuera el único costo?” pregunta van Ingen. “Harías muchas cosas —algunas pequeñas, otras enormes— de manera distinta”.
Con la disponibilidad de los datos de FLUXNET y de los satelitales y con la capacidad de realizar análisis complejos por medio del sistema basado en MODISAzure, las posibilidades de la investigación son inmensas.
“En realidad apenas estamos comenzando a entender la manera en que los resultados se pueden utilizar, y pienso que eso es muy emocionante”, señala Baldocchi. “Se pueden hacer cosas que jamás pensamos fueran posibles”.
Baldocchi comenta que otros investigadores están estudiando temas como la fotosíntesis global, el manejo de agua de viñedos y los ciclos de vida de los bosques arbóreos.