«Мертвая зона» — участок моря, где слишком мало растворенного кислорода для нормальной жизни большинства морских организмов. Чтобы научиться точнее предсказывать ее появление, Национальный научный фонд США (NSF) выделил более $1,05 млн на трехлетний ИИ-проект ученых из Университета штата Северная Каролина и Университета штата Луизиана. О проекте рассказали в NC State.
Главная причина появления «мертвой зоны» — избыток питательных веществ, которые реки Миссисипи и Атчафалайя несут в Мексиканский залив. Азот и фосфор ускоряют рост водорослей. После их отмирания микроорганизмы разлагают органику и расходуют кислород в воде. На уровень кислорода влияют и другие факторы: температура, морские течения, штормы, перемешивание воды и движение донных осадков. Проблема в том, что все эти процессы происходят одновременно и влияют друг на друга.
Ученые хотят решить эту задачу с помощью физически обоснованного искусственного интеллекта. Это ИИ, который обучается не только на данных прошлых наблюдений. В его работу также закладывают физические законы, описывающие процессы в океане. Новая система будет учитывать движение воды, перенос кислорода, распространение света и процессы на морском дне. Она также должна отслеживать обмен кислородом между донными отложениями и водой.
Для этого исследователи объединят несколько технологий, включая графовые нейронные сети, модели анализа спутниковых изображений и компьютерные модели океанической циркуляции. В систему также добавят цифровой двойник океана — компьютерную модель, которая позволяет имитировать происходящие в реальном море процессы.
Особое внимание ученые уделят морскому дну. Во время штормов осадки поднимаются в воду и могут ускорять расход кислорода. Сейчас этот процесс сложно точно учитывать в прогнозах. Главная задача проекта — создать модель, которая сможет быстрее существующих систем прогнозировать появление гипоксических зон, не теряя точности. По словам руководителя проекта, профессора Пола Лю, такие прогнозы смогут использовать природоохранные организации, службы мониторинга и органы управления рыболовством. Они помогут заранее оценивать риск появления «мертвых зон», планировать сокращение поступления питательных веществ в реки и защищать экосистемы Мексиканского залива.
Проект рассчитан на три года. Кроме разработки модели, ученые планируют обучать специалистов на стыке океанографии и ИИ. Программное обеспечение, модели и собранные данные исследователи хотят сделать открытыми для научного сообщества. Если система покажет себя на практике, такой подход может помочь быстрее предупреждать появление зон с критически низким уровнем кислорода и принимать меры еще до того, как они нанесут серьезный ущерб морской экосистеме.
Также недавно спутанные водоросли помогли найти способ очистки океана от микропластика.