В последнее десятилетие города Республики Крым активно развиваются и растут. Темпы урбанизации радуют местных жителей, но создают риски для флоры и фауны полуострова. Ученый Института наук о Земле ЮФУ с помощью нейросетей проанализировал спутниковые снимки Керченского полуострова за последние 30 лет и выявил, какие события сыграли ключевую роль в формировании его ландшафтов.
Керченский полуостров / © Личный архив специалиста Центра общественных коммуникаций ЮФУ Алексея Романенко, пресс-служба ЮФУ
Деятельность человека — урбанизация, расширение сельского хозяйства, общие преобразования в землепользовании — не проходит бесследно для природных ландшафтов. Чтобы сохранить биоразнообразие экосистемы на заповедных территориях, которых, например, в окрестностях города Керчь сразу несколько, нужно внедрить устойчивые методы управления земельными ресурсами. Такие методы должны опираться на достоверные научные данные об изменениях климата, о тенденциях преобразования природных зон и об актуальном состоянии почвенно-растительного покрова. Все эти данные способен собрать искусственный интеллект, если его правильно обучить.
В Южном федеральном университете применением глубокого машинного обучения для изучения изменений климата занимается ведущий научный сотрудник кафедры океанологии Института наук о Земле ЮФУ Денис Кривогуз — участник программы постдоков ЮФУ в рамках Программы развития «Приоритет-2030» (нацпроект «Наука и университеты»).
«Ускоренное расширение городов, обусловленное инфраструктурным и экономическим развитием после присоединения Крыма к России, привело к преобразованию некоторых природных экосистем в городские ландшафты. Для эффективного смягчения последствий этих изменений для природы необходимы комплексные стратегии, учитывающие экологические и социальные соображения. Выводы этого исследования могут быть использованы при разработке инициатив по охране природы и региональном планировании», — рассказал Денис Кривогуз.
Исследование показывает, как изменения климата — как естественные, так и вызванные человеком — влияют на такой показатель, как динамика LULCC (land use and land cover change — землепользование и изменение растительного покрова). Отслеживать эту динамику и ретроспективно, и в режиме реального времени стало возможно благодаря инновационному использованию сверхточных нейронных сетей и передовых спутниковых снимков.
«Технологии дистанционного зондирования и геоинформационные системы (ГИС) облегчили для ученых анализ динамики LULCC и повысили его точность. Следующим этапом будет прогнозирование сценариев будущего почвенно-растительного покрова», — рассказал Денис Кривогуз.
Из климатических факторов на водные ресурсы и растительность Керченского полуострова сильнее всего влияет количество осадков, а в меньшей степени температура воздуха. Малое количество дождей и снега на Керченском полуострове в последние годы приводит к уменьшению количества водоемов, что сказывается как на водных, так и на наземных экосистемах. Под угрозой прежде всего такие природные зоны, как водно-болотные угодья и леса.
«Прямо сейчас предпринимаются активные попытки увеличить лесной фонд: на картах видно, что последние несколько лет появляются новые лесопосадки на севере полуострова, но общая площадь лесного фонда все еще сокращается, потому что старые лесопосадки и лесополосы в окрестностях Керчи, высаженные почти сто лет назад, исчезают быстрее, чем высаживаются новые», — добавил Денис Кривогуз.
Это исследование не только предоставляет властям России и Республики Крым ценную информацию для выстраивания природоохранной политики на территории Керченского полуострова, но и открывает дорогу подобным исследованиям в других регионах нашей страны. Денис Олегович подробно описал соотношение скорости и точности разных алгоритмов машинного обучения и выработал наиболее оптимальную методологию, которую смогут взять на вооружение другие ученые.
Статья «Раскрытие взаимосвязей климата, землепользования и почвенно-растительного покрова на Керченском полуострове с использованием моделирования структурными уравнениями» опубликована в журнале Climate.
