В МТУСИ проанализировали изменения климата в Австралии
Ученые МТУСИ сравнили данные о температуре по нескольким метеорологическим станциям штата Квинсленд (Австралия) за период до 2018 года и провели контрольное прогнозирование по следующим пяти годам, а также предсказали изменения температур до 2030 года с использованием искусственного интеллекта. Полученные результаты станут основой для развития прогностических моделей, учитывающих как глобальные тренды, так и локальные особенности климатической динамики.
Климат на Земле постоянно меняется, что оказывает значительное влияние на жизнь людей и развитие общества. За последние 420 тысяч лет на планете произошло четыре периода похолодания, которые сменялись межледниковьями. Голоцен, начавшийся примерно 12 тысяч лет назад, характеризуется относительно комфортными условиями и включает в себя 13 циклов потепления и похолодания.
На сегодняшний день ученые, изучив керны льда из Гренландии и Антарктиды (озеро Восток), могут восстановить данные о климате планеты на несколько сотен тысячелетий назад. Примерно 5,5 тысяч лет назад начался голоценовый оптимум, после которого температура снизилась. С середины XIX века наблюдается тенденция к потеплению, вызванная увеличением уровня углекислого газа и антропогенным воздействием.
Изучение климата имеет огромное значение для оценки состояния окружающей среды и экономики, особенно сельского хозяйства. Современное потепление климата стало заметным всего за одно поколение и может повлиять на ресурсы и выживаемость людей. Анализ прошлых температур с использованием информационных технологий позволяет строить надежные климатические прогнозы.
В последние годы наблюдается значительный прогресс в обработке больших данных, что дает возможность использовать огромные объемы информации для более точных прогнозов и заполнять пробелы в наблюдениях. Концепция интернета вещей (IoT) объединяет устройства для сбора данных, открывая новые горизонты для научных исследований.
Виктория Ерофеева, доцент кафедры ЭБЖиЭ, Жанна Жукова, старший преподаватель кафедры ЭБЖиЭ и группа студентов факультета «Кибернетика и информационная безопасность» сравнили методы обработки доступных массивов данных о температуре по нескольким метеорологическим станциям штата Квинсленд (Австралия) за исторический период до 2018 года и провели контрольное прогнозирование по следующим пяти годам, а также итоговое предсказание изменения температур до 2030 года с использованием искусственного интеллекта.
Для анализа и предсказания климатических изменений в исследовании был выбран штат Квинсленд, Австралия, с множеством метеорологических станций и длинными температурными рядами. Использовались данные средних годовых температур по станциям, собранные в два файла: первый файл содержал данные с фактическими температурами для 236 станций за период наблюдений с 1856-2022 годы, а второй файл – данные пяти станций, находящихся в разных широтах за тот же период.
Для прогнозирования температуры из первого файла применялись такие методы, как k-nearest neighbors (KNN), Linear Regression (линейная регрессия) и seasonal autoregressive integrated moving average (SARIMA), без использования случайного разброса.
Для наглядной демонстрации работы из множества станций было выбрано девять с длинными рядами наблюдений. Более подробное сравнение изменчивости температуры из второго файла проведено с использованием метода «случайного леса» (Random Forest Regressor) для пяти станций. С его помощью можно сравнить максимальные и минимальные прогнозируемые температуры с реальными значениями. Методы оценивались на основе средней квадратичной ошибки (MSE).
«Точность прогноза для станций из второго файла была рассчитана для двух прогонов, поскольку при прогнозировании применялся случайный разброс с использованием метода случайного леса. Каждый прогон программы выдает новые значения, основанные на тех, которые доступны в файле №2. В итоге получены предсказания, учитывающие случайные величины, различные (но не значительно) для каждого прогона программы.
Точность была рассчитана путем сравнения прогнозируемых температур для двух прогонов с фактическими температурами из первого файла. В результате сравнения различных методов при прогнозировании random forest regressor показал, что этот метод прогнозирует значения температур с точностью не ниже 96 процентов, а самая маленькая среднеквадратичная ошибка высчитывается в методе k-nearest neighbors(KNN): 0,175. На основе random forest regressor мы провели прогнозирование по пяти станциям до 2030 года», — отметила Виктория Ерофеева.
В процессе исследования ученые отметили, что точность прогнозов зависит от размера исходного набора данных и количества гиперпараметров, таких как глубина деревьев в случайном лесу, скорость обучения при градиентном ускорении, коэффициент регуляризации в линейных моделях, количество соседей в методе k ближайших соседей и различные показатели, используемые для оценки модели.
«Сравнение температур на пяти станциях для первого файла методом регрессии случайного леса показало, что самые большие максимальные и минимальные температуры прогнозируются на станциях Вейпа и Аэропорт Локхарт, а самые маленькие — на станциях Амберли и Аплторп», — рассказала Жанна Сергеевна Жукова.
Важным аспектом исследования является использование машинного обучения и больших данных для прогнозирования будущих температурных режимов, обеспечивая более полное понимание сложных процессов, происходящих в атмосфере. Полученные результаты могут служить основой для развития прогностических моделей, учитывающих как глобальные тренды, так и локальные особенности климатической динамики.
Более детализированные данные о будущих температурных изменениях могут быть использованы для улучшения сельскохозяйственных практик, урбанистического планирования и экологического проектирования в условиях изменения климата.
Материал подготовлен на основе статьи «Сравнение методов прогнозирования температур по данным штата Квинсленд, Австралия».
Telegram 
Дзен 
VK Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Совместная миссия Европейского космического агентства (ESA) и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) по исследованию Меркурия началась в 2018 году. На видео, созданном из кадров с бортовых камер, можно проследить восьмилетний путь зонда BepiColombo.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно