• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
30.10.2024
МТУСИ
193

В МТУСИ предсказали изменения температуры в Антарктиде с помощью нейросети

4.4

Ученые МТУСИ проанализировали климатические изменения на южном полюсе и разработали прогностическую модель с использованием полносвязной нейронной сети для предсказания температурных изменений в Антарктиде.

В последние десятилетия наука о климате стремительно развивается, количество собранных данных прогрессивно растет, подходы к изучению климата меняются от простых описаний к сложным прогнозам, а методы обработки и анализа данных совершенствуются, включая использование технологий больших данных и искусственного интеллекта.

Антарктида, расположенная на Южном полюсе, с экстремальными температурными условиями и удаленная от цивилизации, представляет собой уникальное место для изучения климата. Предварительные исследования температурных трендов в Антарктиде, основанные на данных метеорологических станций, показали, что они соответствуют общим климатическим тенденциям, но с меньшими колебаниями, в частности, было зафиксировано незначительное потепление, характерное для нашего времени.

Проблема анализа динамики температур является ключевой в контексте оценки климатических изменений на планете. Изменение климата представляет собой одну из самых серьезных угроз для будущего человечества, поскольку оно может привести к серьезным экологическим, экономическим и социальным последствиям. Как глобальное потепление, так и вероятность наступления нового ледникового периода создают риски для существования человеческой цивилизации.

Сотрудники кафедры «Экология» МТУСИ проанализировали климатические изменения на полюсе и разработали прогностическую модель с использованием полносвязной нейронной сети для предсказания температурных изменений в Антарктиде. Структура модели нейронной сети включает количество слоев, нейронов, параметры активации, функции потерь и оптимизатор.

«При разработке нейронной сети, состоящей из двух полносвязных слоев, мы использовали функцию активации ReLU. Эта функция обеспечивает нелинейность и помогает модели лучше выявлять сложные закономерности в данных. Для оценки результатов тестирования мы применили метрику Median Absolute Error (МАЕ), которая наглядно продемонстрировала точность прогноза и показала значительное влияние экстремальных климатических условий на точность прогноза по нескольким станциям. В частности, на «холодных» станциях результаты оказались немного хуже, чем на «теплых», – рассказала завкафедрой «Экология», доцент, кандидат биологических наук Виктория Ерофеева.

При этом, ученые подчеркивают, что целесообразность использования полносвязной нейронной сети состоит в ее адаптации к сложным нелинейным взаимосвязям в климатических данных. Высокая степень точности модели в сравнении с реальными наблюдениями подчеркивает ее эффективность в улавливании и прогнозировании температурных трендов в данном регионе.

«Тестирование проводилось с 2020 по 2024 годы. Нейронная сеть была апробирована на нескольких станциях Антарктиды и показала хорошие результаты. Перед нами стояла задача сравнить возможности нейронной сети в прогнозировании климата для регионов континента с различными температурными режимами. Детальный анализ температурных флуктуаций и выявление ключевых периодов изменений позволили создать объективное представление динамики климата на полюсе.

Для обучения модели мы использовали доступные данные из метеостанций на полюсе с 1958 – 2019 годы, которые включали температурные изменения, нормализацию и предобработку данных, а также стратегию валидации, которая позволила получить высокую точность прогнозов. В рамках проведенного исследования, с учетом особенностей климата континента, мы разделили станции на «теплые» (Ротер, Беллинсгаузен, Вернадский) и «холодные» (Восток, Амундсен-Скотт. Предварительные результаты показали, что тренды на «теплых» станциях, где средние температуры превышают –30 °С, отличаются от трендов на «холодных» станциях с значительно более низкими температурами», – пояснила старший преподаватель кафедры «Экология», Жанна Жукова.

Примечательно, что в дополнение к тестированию моделей на исторических данных, учеными было проведено прогнозирование температуры на ближайшие пять лет, что позволит оценить способность моделей адаптироваться к будущим климатическим изменениям.

Исследование демонстрирует значительный вклад полносвязных нейронных сетей в прогнозирование температурных изменений, подчеркивая их эффективность в улавливании сложных климатических паттернов. Основные тенденции, выявленные в ходе работы, указывают на возможность адаптации к изменяющимся климатическим условиям с помощью передовых технологий машинного обучения.

Уделяя особое внимание анализу различий между «холодными» и «теплыми станциями», ученые выявили некоторые особенности в прогнозировании в более экстремальных климатических условиях, что открывает новые перспективы для дальнейших улучшений моделей и адаптации их к разнообразным климатическим условиям.

В дальнейшем планируется оптимизировать подходы к анализу данных и улучшению точности долгосрочных климатических предсказаний в регионе, в частности, с учетом расширения географического охвата и усовершенствование моделей прогнозирования.

Статья подготовлена на основе материала, размещенного на сайте научной электронной библиотеки ELIBRARY.RU «Использование нейронных сетей для моделирования климатических изменений».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ) — ведущее отраслевое техническое высшее учебное заведение Центральной России по подготовке кадров для IT и телеком-индустрии, подведомственное Министерству цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ. Основан в 1921 году на базе Московского электротехнического института народной связи им. В.Н. Подбельского. Ежегодно МТУСИ выпускает востребованных специалистов в области связи, информационных технологий, квантовых коммуникаций, робототехники, информационной безопасности и цифровой экономики. В состав университета входят 5 факультетов, 34 кафедры, 2 филиала (Волго-Вятский и Северо-Кавказский), Колледж телекоммуникаций, Музей электросвязи, Квантовый центр, Центр робототехники, Лаборатория AR/VR, Центры заочного обучения бакалавров и магистров, Центр индивидуального обучения.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 13:18
Татьяна

Два ключевых события сыграли решающую роль в формировании генетического профиля современных европейских народов. Первое связано с приходом ранних фермеров из Анатолии примерно восемь тысяч лет назад, второе — масштабная миграция на запад носителей ямной степной культуры, начавшаяся пять тысяч лет назад. Однако ученые видят множество отличий от общей картины в разных регионах. В новой работе они проанализировали ДНК древних жителей самого северо-запада Европы и обнаружили более тесную связь с охотниками-собирателями, чем где бы то ни было.

Позавчера, 07:50
Игорь Байдов

В архивах английского поместья столетиями пылилась ничем не примечательная книга учета XVI века. Никто не подозревал, что внутри ее переплета скрываются фрагменты пергамента с историями, которые переписывали монахи семь веков назад. Тайна раскрылась, когда архивариус заметил странные символы на обложке. Так началось расследование, объединившее разных ученых. Исследователи три года пытались прочитать текст, не прикасаясь к нему. Теперь они представили результат своего труда — мир получил два ранее неизвестных эпизода о волшебнике Мерлине, короле Артуре и рыцаре Гавейне.

Позавчера, 17:18
Редакция Naked Science

В 2023 году руководство особой экономической зоны «Алабуга» представило план развития до 2048-го: он предполагает освоение космического пространства.

27 марта
Сколтех

Ученые из Сколтеха исследовали разнообразие молекул, которые могут образовываться из атомов кислорода и углерода. Помимо широко известных углекислого и угарного газов, моделирование обнаружило две сотни экзотических, но относительно стабильных соединений этих двух элементов, многие из которых не были описаны ранее. Этот класс веществ представляет интерес для исследований космоса, аккумуляторных технологий, биохимии и — неожиданным образом — для разработки промышленной взрывчатки и ракетного топлива. Как оказалось, некоторые из открытых веществ при распаде будут высвобождать более 75 процентов взрывной энергии тротила.

Позавчера, 13:18
Татьяна

Два ключевых события сыграли решающую роль в формировании генетического профиля современных европейских народов. Первое связано с приходом ранних фермеров из Анатолии примерно восемь тысяч лет назад, второе — масштабная миграция на запад носителей ямной степной культуры, начавшаяся пять тысяч лет назад. Однако ученые видят множество отличий от общей картины в разных регионах. В новой работе они проанализировали ДНК древних жителей самого северо-запада Европы и обнаружили более тесную связь с охотниками-собирателями, чем где бы то ни было.

Позавчера, 07:50
Игорь Байдов

В архивах английского поместья столетиями пылилась ничем не примечательная книга учета XVI века. Никто не подозревал, что внутри ее переплета скрываются фрагменты пергамента с историями, которые переписывали монахи семь веков назад. Тайна раскрылась, когда архивариус заметил странные символы на обложке. Так началось расследование, объединившее разных ученых. Исследователи три года пытались прочитать текст, не прикасаясь к нему. Теперь они представили результат своего труда — мир получил два ранее неизвестных эпизода о волшебнике Мерлине, короле Артуре и рыцаре Гавейне.

6 марта
Юлия Трепалина

В двойственных, или обратимых, изображениях зритель может увидеть разные объекты в зависимости от того, на каких деталях концентрируется его внимание. Среди известных примеров таких рисунков — иллюзия «кролик-утка», сочетающая двух животных, и обратимая ваза (или ваза Рубина), которая может казаться двумя силуэтами лиц, если сосредоточиться на фоне. В соцсетях и популярных СМИ часто публикуют подобные картинки, утверждая, что по тому, какое изображение человек видит в первую очередь, можно судить о его личностных чертах и особенностях мышления. Двое психологов из Великобритании недавно проверили, так ли это на самом деле.

15 марта
Юлия Трепалина

Когда пара расстается, многие люди продолжают испытывать чувства к своим бывшим. Если разрыв произошел по инициативе другой стороны и отношения длились много лет, полностью «забыть» еще недавно близкого человека может быть непросто. Существует мнение, что и после расставания привязанность к экс-партнерам в какой-то мере сохраняется. Впрочем, согласно другой точке зрения, со временем эта эмоциональная связь ослабевает и утрачивается. Разобраться, как происходит на самом деле и сколько времени может потребоваться на полный эмоциональный разрыв с бывшими возлюбленными, взялись психологи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США).

18 марта
Илья

Масштабный анализ геномов показал, что вид Homo sapiens возник в результате смешения двух древних популяций. Они разделились полтора миллиона лет назад, а затем воссоединились до расселения по миру.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно