Ученые из России создали искусственный интеллект, способный дистанционно определять концентрацию парниковых газов. Суть метода заключается в том, чтобы увидеть скопление газов с космической платформы с помощью светового сигнала лидарной установки, а затем проанализировать данные при помощи программы, разработанной на базе нейронных сетей.
Лидарный сигнал – оптический прибор, который позволяет получать и обрабатывать информацию об удалённых воздушных объектах. В отличие от радиоволн, отражающихся только от крупных металлических целей, световые волны лидара эффективно поглощают и рассеивают свет в прозрачных средах, позволяя исследовать плотность и структуру атмосферы Земли. Лидарные сигналы можно посылать с космического аппарата в атмосферу Земли и получать данные о плотности атмосферы на любой высоте. А при помощи программы, разработанной на основе нейросетей, определять диапазон и уровень концентрации парниковых газов в атмосфере.
По сути, томские ученые научились составлять точные карты очагов скопления парниковых газов в атмосфере Земли и сделали шаг в борьбе с глобальным потеплением.
Глобальное потепление – природное явление, при котором средняя температура земли непрерывно растет. И основная причина этого роста — деятельность самого человека.
С проблемой глобального потепления человечество столкнулось уже давно. Начиная с 1850 года, учёные наблюдают постоянное повышение средней температуры воздуха на Земле: каждые десять лет она заметно растет. По прогнозам ученых, в 21 веке рост температуры составит от 0,3 C до 4,8 C за 100 лет.
Что привело к глобальному потеплению планеты? Парниковые газы.
На самом деле, эти газы полезны и необходимы для обогрева нашей планеты. Они создают естественный парниковый эффект: блокируют выход попавших на Землю солнечных лучей обратно в космос. Естественный парниковый эффект обеспечивают газы, которые находятся в атмосфере в незначительной концентрации. К парниковым газам относятся водяной пар (H2O), диоксид углерода (СО2), метан (CH4) и закись азота (N2O).
Без естественных парниковых газов человек бы замёрз на Земле. На протяжении тысячелетий содержание углерода в атмосфере было стабильным – сохранялся естественный природный баланс. Сейчас же баланс нарушен благодаря деятельности человечества: добыча нефти и газа, сжигание топлива, вырубка лесов, свалки мусора, использование удобрений. Действия человека привели к стремительному накоплению парниковых газов. Сейчас в атмосфере содержится на 42% больше углекислого газа, чем в конце 18 века. В результате мы имеем нарушенный атмосферный баланс и наблюдаем экстремальные последствия по всей планете.
Ледники Эльбруса таят втрое быстрее. Темпы сокращения массы ледников Эльбруса возросли в три раза за последние полвека. Такое усиление деградации ледников происходит благодаря повышению летней температуры воздуха на 0,5- 0,7 градуса за последние 30 лет. Также таянию Эльбруса способствует поступающая солнечная радиация, которая увеличивается за счёт появления новых озоновых дыр в местах истончения озонового слоя. А истончают этот слой хлористые и фтористые углеводороды, которые люди используют в аэрозольных баллончиках, холодильниках и кондиционерах.
На 2019 год скорость повышения уровня Мирового океана оказалась в 2,5 раза больше, чем десять лет назад. При сохранении такого темпа к 2050 году 1 миллиард человек с островов столкнется с огромным количеством наводнений и штормов. В сентябре 2019 года ученые зарегистрировали минимальную за всё время площадь арктических ледников — 4,15 млн км2.
По прогнозам ученых, в 21 веке средняя мировая температура уже повысилась на 1С в сравнении с 19 веком, но может добавиться еще 2,5С. При этом остановить потепление даже на 1,5С — это уже большое облегчение для нашей планеты.
В борьбе с глобальным потеплением необходимо действовать сообща — главам государств, экологам, производителям и ученым. Одна из популярных идей, обсуждаемая среди ученых – массовое распыление в стратосфере Земли аэрозолей, содержащих соединения серы. Эта “серная вуаль” гипотетически способна снизить количество солнечного света и замедлить рост средней температуры. Однако, сами же учёные сомневаются в эффективности предлагаемого метода. Все выгоды от замедления потепления из-за затемнения обернутся падением урожайности на планете. Другие ученые предлагают разместить на орбите нашей планеты несколько аналогов астероидов, которые будут непрерывно высвобождать мелкую пыль и частично в локальных зонах блокировать солнечный свет.
Это пока способы из области фантастики. А вот метод, разрабатываемый учеными Томского Института оптики атмосферы, вполне может стать реальным решением проблемы.
Главная задача ученых — разработка моделей прогноза климата, способных быстро и точно измерять концентрацию атмосферных газов, прогнозировать их изменение, а также выявлять источники и поглотители газов. Для построения моделей томские исследователи решили использовать лидарные установки, установленные на космических аппаратах. Световые лучи, испускаемые лидаром, способны из космоса с высоты 400-800 км обнаружить парниковые газы и определить их местонахождение в атмосфере.
Ученые лаборатории также разработали специальную программу на базе нейронных сетей. Программа, разработанная на основе нейросетей, строится по принципу работы сетей нервных клеток живого организма. Проще говоря, это искусственный интеллект, способный анализировать огромные объемы данных и выдавать мгновенные результаты на основе заложенного алгоритма.
Искусственный интеллект томских исследователей анализирует данные отраженных сигналов с лидарных установок и с точностью определяет область и степень концентрации парниковых газов в атмосфере. Томским ученым удалось совершить настоящий прорыв в определении характеристик парниковых газов — с минимальной погрешностью рассчитать высоту, диапазон и плотность их концентрации.
Ученые Томского Института оптики атмосферы планируют присоединиться к французско-немецкому проекту MERLIN, цель которого — измерение из космоса концентрации метана в атмосфере Земли.
Совместными усилиями союз ученых планирует в ближайшее время доработать и начать тестирование одного из самых прогрессивных на данный момент методов борьбы с парниковыми газами.
Автор: Мухина Алена
