, ,

Umelá inteligencia: Nové metódy pre vedu o Zemi

Umelá inteligencia: Nové metódy pre vedu o Zemi

Zemský systém je veľmi komplexný systém, v ktorom fyzikálne, biologické a chemické procesy vzájomne interagujú. Je to jedinečný systém, pretože nemáme inú Zem, na ktorej by sme mohli vykonávať experimenty. Preto sa musíme spoliehať na pozorovania a modelovanie. Koncepčne je zemský systém rozdelený na rôzne sféry, ako sú atmosféra, biosféra, oceány, kryosféra a tiež ľudská sféra, ktoré vzájomne interagujú v tomto komplexnom systéme.

Úloha oceánov a ekosystémov

Ako viete, všetci vypúšťame veľké množstvo oxidu uhličitého do atmosféry, čo spôsobuje skleníkový efekt. Našťastie koncentrácie CO₂ nerastú tak rýchlo, ako by sme očakávali, pretože približne 50 % oxidu uhličitého je absorbované oceánmi a ekosystémami. Tieto prírodné procesy nám pomáhajú zmierniť skleníkový efekt. Avšak nevieme, či to tak bude pokračovať aj v budúcnosti.

Neistoty v modeloch

Keď sa pozrieme na rôzne modelové predpovede, ktoré sa snažia modelovať celý zemský systém na základe interakcií jeho komponentov s fyzikálnymi a biologickými princípmi, vidíme, že napriek najmenej dvadsiatim rokom investícií do tohto výskumu existujú veľké neistoty. Niektoré modely predpovedajú, že ekosystémy budú naďalej absorbovať uhlík z atmosféry, zatiaľ čo iné modely naznačujú, že by mohlo dôjsť k opačnému procesu a ekosystémy by mohli začať vypúšťať ešte viac oxidu uhličitého, čo by zrýchlilo skleníkový efekt.

Úloha umelej inteligencie a strojového učenia

Naša otázka je, ako môžeme zmeniť tento trend a zlepšiť naše porozumenie zemského systému. Zaujíma nás, ako môžu byť všetky dostupné pozorovania a údaje, tzv. veľké dáta, kombinované s modernou umelou inteligenciou a strojovým učením, užitočné na zlepšenie tohto porozumenia. Tradičné metódy modelovania zvyčajne pracujú s množstvom teórie a predpokladov, pričom dáta nie sú vždy dobre reprezentované. Naša myšlienka je nechať dáta hovoriť samé za seba a extrahovať poznatky z množstva pozorovaní, ktoré máme k dispozícii.

Výzvy pri integrácii dát

Dáta o Zemi sú typickým príkladom veľkých dát. Sú objemné, ale čo je ešte dôležitejšie, existuje veľká rozmanitosť rôznych dátových tokov, ako sú diaľkové pozorovanie Zeme, kde je celá Zem pokrytá každý deň, bodové merania na jednotlivých staniciach alebo merania pozdĺž riek a v oceánoch. Integrácia týchto rôznych dátových tokov je veľkou výzvou.

Sľubné metódy hlbokého učenia

Naša analýza ukázala, že nedávne pokroky v oblasti hlbokého učenia sú obzvlášť sľubné pre pochopenie Zeme z pozorovaní. Jedným príkladom je dobre známe rozpoznávanie objektov, ako sú mačky a psy na obrázkoch, kde bolo hlboké učenie veľmi úspešné. Tento prístup sa priamo prenáša na detekciu poveternostných javov, ako sú hurikány, suchá alebo vlny horúčav, a ich vplyv na ekosystémy. Ďalším príkladom je analýza časových radov, kde hlboké učenie pomáha predpovedať dynamické procesy na Zemi.

Výzvy a hybridné modelovacie prístupy

Nie je však jednoduché preniesť tieto metódy priamo na zemské dáta, pretože naše dáta sú odlišné od fotografií. Fotografie majú zvyčajne tri kanály (červený, zelený, modrý), zatiaľ čo naše dáta pozostávajú zo stoviek alebo dokonca tisícok rôznych premenných. Tradičné metódy dosiahli určité limity, čo sa týka predpovedania zmien klímy a zemského systému. Očakávame, že integrácia týchto nových metód do modelov výrazne zníži neistoty v predpovediach. Tieto lepšie predpovede nám umožnia prijať cielené politické a ekonomické opatrenia, ktoré budú prospešné pre celú spoločnosť.

Veríme, že tieto dátami riadené metódy sú veľmi cenným doplnkom k vede o zemskom systéme a jeho modelovaniu. Zároveň sme si vedomí, že to nie je všeliek. Tieto metódy, ako všetky štatistické metódy, nemusia prirodzene dodržiavať fyzikálne zákony a môžu produkovať výsledky, ktoré sú ťažko vysvetliteľné. Preto je dôležité skúmať kombináciu týchto metód s fyzikálnym modelovaním, čo nazývame hybridné modelovacie prístupy. Tieto prístupy kombinujú to najlepšie z oboch svetov – fyzikálne rovnice pre dobre pochopené procesy a dátami riadené modelovanie pre procesy, ktoré nie sú teoreticky dobre popísané.

 

Zdroj informácii: https://lt.org

Tags

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *

Články o Prírode

Veda a Technika

Náš portál veda-technika.sk prešiel výraznou zmenou dizajnu a celej štruktúry. Po novom sa naša stránka stáva oveľa dynamickejšou a modernejšou. Z pôvodných statických podstránok zameraných na prácu rôznych vedeckých a vzdelávacích inštitúcií na Slovensku a v zahraničí sme sa rozhodli zamerať náš portál na aktuálne poznatky popularizačnou formou pre mládež aj laikov, ktorí obdivujú vedu. Našou ambíciou je priblížiť vedu verejnosti a prezentovať ju zábavnou formou.

Veda je to, čo nás posúva vpred.