Экстремальные погодные условия сегодня несут хаос по всему миру. Но подготовка к ним в условиях резких климатических до сих пор остается сложнейшей задачей, ведь все нюансы и последствия глобального потепления мало изучены. Ученые из Стэнфорда создали ИИ, который поможет определить условия экстремальных осадков на Среднем Западе США, региона, наиболее страдающего от опасных погодных катаклизмов. Их подход, опубликованный в Geophysical Research Letters, является одним из первых примеров использования ИИ для анализа причин серьезных изменений климата и поможет точно спрогнозировать экстремальные погодные условия.
«Нам известно, что ситуация усугубляется», — отмечает глава научной работы ученый из Стэнфорда Фрэнсис Давенпорт. «Наша цель состояла в том, чтобы понять, почему увеличивается количество экстремальных осадков, что, в свою очередь, могло бы привести к более точным прогнозам будущих наводнений».
Ожидается, что, помимо прочего, глобальное потепление вызовет более сильные дожди и снегопады, создав более теплую атмосферу, способную удерживать больше влаги. Ученые предполагают, что изменение климата может влиять на осадки и другими способами, например, изменение времени и места возникновения штормов. Однако выявить эти воздействия по-прежнему сложно, отчасти потому, что глобальные климатические модели не обязательно имеют пространственное разрешение для моделирования этих региональных экстремальных явлений.
«Этот новый подход к использованию методов машинного обучения открывает новые возможности для нашего понимания основных причин изменения крайностей», — сказал соавтор исследования Ноа Диффенбо, профессор Фонда Кара Дж. Школы наук о Земле, энергии и окружающей среде. «Это могло бы позволить сообществам и лицам, принимающим решения, лучше подготовиться к событиям со значительными последствиями, например, к тем, которые настолько серьезны, что выходят за рамки нашего исторического опыта».
Давенпорт и Диффенбо сосредоточились на верхнем водоразделе Миссисипи и восточной части водораздела Миссури. В данном регионе за последние несколько десятилетий увеличилось количество серьезных наводнений. Изначально ученые использовали общие климатические данные для расчета дней с экстремальными осадками в регионе за последние 30 лет. После они вывели алгоритм, направленный на анализ данных сетки для определения больших моделей атмосферных изменений, связанных с экстремальными осадками.
«Этот алгоритм может определять более 90 процентов дней с экстремальными осадками, и эти показатели значительно выше других имеющихся сегодня инструментов», — сказал Давенпорт.
Обученный алгоритм машинного обучения показал, что недавнее увеличение количества экстремальных осадков на Среднем Западе обусловлено множеством факторов. В течение 21-го века модели атмосферного давления, которые приводят к экстремальным осадкам на Среднем Западе, стали более частыми, увеличиваясь примерно на один дополнительный день в год, хотя исследователи отмечают, что изменения гораздо слабее, начиная с 1980-х годов. .
Однако исследователи обнаружили, что когда эти модели атмосферного давления действительно возникают, количество выпадающих осадков явно увеличивается. В результате в дни с такими условиями вероятность выпадения экстремальных осадков сейчас выше, чем в прошлом. Давенпорт и Диффенбо также обнаружили, что увеличение интенсивности осадков в эти дни было связано с более высокими потоками атмосферной влаги из Мексиканского залива на Средний Запад, принося воду, необходимую для сильных дождей в регионе.
Исследователи надеются расширить свой подход, чтобы посмотреть, как эти различные факторы повлияют на экстремальные осадки в будущем. Они также предусматривают повторное использование инструмента, чтобы сосредоточить внимание на других регионах и типах экстремальных явлений, а также для анализа отдельных причин экстремальных осадков, таких как погодные фронты или тропические циклоны. Эти приложения помогут дополнительно проанализировать связь изменения климата с экстремальными погодными условиями.
«Хотя изначально мы сосредоточились на Среднем Западе, наш подход может быть применен к другим регионам и использован для более широкого понимания изменений в экстремальных явлениях», — сказал Давенпорт. «Это поможет обществу лучше подготовиться к последствиям изменения климата».
