Az éghajlatváltozás fordulópontjai az AI segítségével feltárva

Kutatók olyan mesterséges intelligenciát (AI) fejlesztenek, amely felmérheti az éghajlatváltozás fordulópontjait. A mélytanuló algoritmus korai figyelmeztető rendszerként működhetne az elszabaduló klímaváltozás ellen.

elszabaduló klímaváltozás

Az elszabadult éghajlatváltozással gyakran összefüggésbe hozott billenési pontok közé tartozik a sarkvidéki permafroszt olvadása, amely tömeges mennyiségű metánt szabadíthat fel, és további gyors felmelegedést idézhet elő; az óceáni áramlási rendszerek összeomlása, amely az időjárási minták szinte azonnali változásához vezethet; vagy a jégtakaró felbomlása, amely a tengerszint gyors változásához vezethet.

A kanadai Waterloo Egyetem kutatócsoportja szerint a mesterséges intelligencia innovatív megközelítése abban rejlik, hogy a programot úgy programozták, hogy ne csak egyfajta fordulópontot ismerjen meg, hanem általában a fordulópontok jellemzőit.

A kutatók azokat a küszöbértékeket vizsgálják, amelyeken túl gyors vagy visszafordíthatatlan változás következik be egy rendszerben. Chris Bauch, a Waterloo-i Egyetem alkalmazott matematika professzora és az új mélytanulási algoritmus eredményeiről beszámoló kutatási tanulmány társszerzője elmondta: "Azt találtuk, hogy az új algoritmus nemcsak a meglévő megközelítéseknél pontosabban képes megjósolni a fordulópontokat, hanem arról is információt szolgáltat, hogy milyen típusú állapot van a fordulóponton túl. Sok ilyen billenőpont nem kívánatos, és ha lehet, szeretnénk megelőzni őket"."

A csapat megközelítése a mesterséges intelligencia és a billenési pontok matematikai elméletének hibridizálásából nyeri erejét, és többet ér el, mint amire bármelyik módszer önmagában képes lenne. Miután a kutatók az általuk "lehetséges fordulópontok univerzumaként" jellemzett, mintegy 500 000 modellt tartalmazó mesterséges intelligenciát betanították, különböző rendszerek, köztük történelmi éghajlati magminták konkrét, valós fordulópontjain tesztelték.

"Továbbfejlesztett módszerünk jelezheti, ha veszélyes fordulóponthoz közeledünk" - mondta Timothy Lenton, az Exeteri Egyetem Globális Rendszerek Intézetének igazgatója és a tanulmány egyik társszerzője. "Az éghajlati fordulópontok jobb korai előrejelzése segíthet a társadalmaknak alkalmazkodni és csökkenteni a sebezhetőségüket az eljövendő eseményekkel szemben, még akkor is, ha nem tudják elkerülni azokat."

A mélytanulás hatalmas előrelépéseket tesz a mintafelismerés és osztályozás terén, a kutatók most először alakították át a fordulópontok felismerését mintafelismerési problémává. Ennek célja, hogy megpróbálják felismerni a fordulópont előtt előforduló mintákat, és egy gépi tanuló algoritmussal megmondatni, hogy közeledik-e a fordulópont.

"Az emberek ismerik a fordulópontokat az éghajlati rendszerekben, de fordulópontok vannak az ökológiában és a járványtanban, sőt még a tőzsdéken is" - mondta Thomas Bury, a McGill Egyetem posztdoktori kutatója és a tanulmány másik társszerzője. "Azt tanultuk, hogy a mesterséges intelligencia nagyon jól felismeri a fordulópontok jellemzőit, amelyek a legkülönbözőbb összetett rendszerekben közösek."

Az új mélytanulási algoritmus "megváltoztatja a nagy változások előrejelzésének képességét, beleértve az éghajlatváltozással kapcsolatos változásokat is" - mondta Madhur Anand, a projekt egy másik kutatója, a Guelphi Környezetkutató Intézet igazgatója. Most, hogy a mesterséges intelligenciájuk megtanulta, hogyan működnek a fordulópontok, a csapat a következő lépésen dolgozik, vagyis azon, hogy a klímaváltozás kortárs trendjeire vonatkozó adatokat adjon neki.

Anand azonban óvatosságra intett azzal kapcsolatban, hogy mi történhet az ilyen ismeretek birtokában: "Ez mindenképpen előnyt jelent számunkra, de természetesen az emberiségen múlik, hogy mit kezdünk ezzel a tudással. Csak remélem, hogy ezek az új eredmények méltányos, pozitív változásokhoz vezetnek". A Bauch, Lenton, Bury, Bury, Anand és a társszerzők, R I Sujith, Induja Pavithran és Marten Scheffer által készített "Deep learning for early warning signals of tipping points" című tanulmány a Proceedings of the National Academy of Sciences című folyóiratban jelent meg.

Az éghajlatváltozás fordulópontjainak jelenségét hasonlóan figyelték meg egy másik, ugyanebben a folyóiratban megjelent, "Critical slowing down suggests that the western Greenland Ice Sheet is close to a tipping point" (Kritikus lassulás arra utal, hogy a nyugat-grönlandi jégtakaró közel van a fordulóponthoz) című kutatási tanulmányban.

A berlini Freie Universität, a németországi Potsdam Institute for Climate Impact Research, az Exeteri Egyetem és az UiT, a norvégiai Sarkvidéki

Egyetem kutatói ebben a tanulmányban arra figyelmeztetnek, hogy a jégtakaró olvadásának üteme Grönlandon az elmúlt évtizedekben nemlineárisan felgyorsult, és a modellek egy olyan kritikus hőmérsékleti küszöbértéket jeleznek előre, amelyen túl a jégtakaró jelenlegi állapota nem tartható fenn. A folyamatban lévő antropogén eredetű globális felmelegedés hatására - írták - a grönlandi jégtakaró elérhet egy olyan fordulópontot, amelyen túl a jelenlegi konfigurációja instabillá válik.

E billenőpont létezésének egyik döntő nemlineáris mechanizmusa a pozitív olvadás-magasság visszacsatolás: az olvadás csökkenti a jégtakaró magasságát, ami a jégtakaró felszínét melegebb hőmérsékletnek teszi ki, ami tovább gyorsítja az olvadást. A kutatók külön felhívják a figyelmet azokra a jelentős korai figyelmeztető jelekre is, amelyek arra utalnak, hogy a közép-nyugati grönlandi jégtakaró közel áll a kritikus átmenethez, és hogy a közeljövőben jelentős további jégtömegvesztés valószínűsíthető.

Ez a "fordulópontot" jelző kutatási hír egyidejűleg jelenik meg egy másik, több mint 120 tudományos szakértő által készített jelentéssel, amely részletesen bemutatja az éghajlatváltozás globális óceánokra gyakorolt példátlan hatásait, mivel az Északi-sarkvidéken rekordalacsony jégszintet regisztráltak.

A jelentés szerint az elmúlt két évben regisztrált sarkvidéki jégszintek rekordalacsony szintet értek el, míg évtizedenként átlagosan közel 13 százalékkal csökkentek 1979 és 2020 között. A "Copernicus Ocean State Report, Issue 5" című éves jelentés, amely a szakértői értékeléssel ellátott Journal of Operational Oceanography című folyóiratban jelenik meg, több mint 30 európai intézmény több mint 120 tudományos szakértőjének szakértői elemzéseire támaszkodik.

A tudományos közösség, a nemzeti és nemzetközi szervek, a döntéshozók, a kék gazdaság szereplői és a nagyközönség számára referenciapontként elismert idei kritikus áttekintés (amely a 2019-es év eredményeire összpontosít) az éghajlatváltozás hatásainak eddig soha nem látott mértékét mutatja.

A jelentésből kiderül, hogy világszerte komoly problémák merülnek fel. A Jeges-tenger felmelegedése a becslések szerint a teljes globális óceáni felmelegedés 4 százalékához járul hozzá. A Barents-tengeren (az Északi-sarkvidék egy kis részén) a tengeri jég átlagos vastagságának csaknem 90 százalékos csökkenése figyelhető meg, ami a sarkvidéki medencéből származó tengeri jégimport csökkenéséhez vezetett.

Az Északi-tengeren a hideg időszakok és a tengeri hőhullámok okozta szélsőséges változékonyság összefüggésbe hozható a nyelvhal, az európai homár, a tengeri sügér, a vörös sügér és az ehető rákok fogásában bekövetkezett változásokkal. A Földközi-tengeren Velencében négy egymást követő rekord árvízi esemény volt (2019 novemberében), a Földközi-tenger déli részén pedig az átlagosnál nagyobb hullámmagasságok voltak tapasztalhatók (2019-ben).

Az óceán nemzetközi helyzetét összefoglalva a jelentés elnöke, Dr. Karina von Schuckmann, a Mercator Ocean international munkatársa kijelentette, hogy az EU által finanszírozott Copernicus programon keresztül történő rendszeres megfigyelés mellett szükség van a legkorszerűbb óceáni ismeretek és termékek folyamatos fejlesztésére és biztosítására.

"Az éghajlatváltozás, a szennyezés és a túlzott kiaknázás soha nem látott mértékű nyomást gyakorolt az óceánra, ami miatt sürgősen fenntartható kormányzási, alkalmazkodási és gazdálkodási intézkedésekre van szükség annak érdekében, hogy az óceán az emberi jólét szempontjából különböző létfenntartó szerepeket töltsön be" - mondta.

"A magas minőségű óceáni termékekből származó és az óceáni szolgáltatások által nyújtott, tudományosan megalapozott tudás döntő fontosságú az átalakító változások ösztönzéséhez. Az óceánnak a Föld rendszerének alapvető tényezőjeként való figyelembevétele, valamint az óceán többdimenziós és egymással összefüggő jellegének felvállalása a fenntartható jövő alapköve."

#elszabadulo-klimavaltozas

By Admin, 2021/9/25