Петербургские ученые создали нейросеть для определения уровня углерода в морской воде
Океанологи СПбГУ разработали нейросетевую модель, которая по параметрам состава воды оценивает концентрацию углекислого газа в водоеме. Алгоритм уже успешно протестирован на данных, полученных в Балтийском море.
Результаты исследования, полученные в рамках подготовки выпускной квалификационной работы магистрантки программы «Физическая океанография и биопродуктивность океанов и морей (ФОБОС)», опубликованы в научном журнале Oceanology.
Морские растения поглощают растворенный в воде углекислый газ в процессе фотосинтеза, а после отмирания способствуют его долгосрочному хранению в глубинных слоях океана. Это помогает снижать парниковый эффект, поскольку Мировой океан поглощает около 25% антропогенных выбросов диоксида углерода. Однако избыток углерода приводит к закислению водоемов, что разрушает кораллы и раковины, а разложение органики снижает уровень кислорода в придонных слоях, создавая «мёртвые зоны».
Балтийское море, будучи мелководным и замкнутым, особенно подвержено этим процессам. Обилие речного стока и слабый водообмен с океаном провоцируют бурное развитие — «цветение» — цианобактерий, которые усиливают поглощение углерода, но также ухудшают качество воды и расширяют области с дефицитом кислорода. Это угрожает экосистеме, делая её уязвимой к дальнейшим климатическим изменениям.
Для измерения углекислого газа в воде океанологи используют показатель парциального давления (pCO₂) — того давления, которое создавал бы газ, если бы он один занимал весь объём. В океанологии этот параметр показывает, насколько вода насыщена CO₂ по сравнению с атмосферой.
Специалисты Санкт-Петербургского университета проанализировали данные о параметрах среды, влияющих на концентрацию углекислого газа и построили модель для оценки парциального давления с использованием искусственного интеллекта. Для нейросети использовали показатели освещенности, температуры и солености водоема, а также глубину перемешанного слоя, взятые из открытой базы экспедиционных данных SOCAT, а также со спутников.
«Мы создали карты парциального давления для поверхностного слоя всего Балтийского моря, используя реальные измерения параметров воды. Такие карты позволяют точнее оценить параметр в районах с редкими замерами — например, у берегов заливов или в прибрежных зонах в осенне-зимний период. Наша модель дает реалистичные показатели, подтвержденные спутниковыми и модельными данными», — пояснила доцент кафедры океанологии СПбГУ, лектор российского общества «Знание» Полина Лобанова.
Как отметила выпускница Санкт-Петербургского университета Софья Кузьмина, машинное обучение использует два типа данных: тренировочные и тестовые. Первые учат модель определять, каким значениям pCO₂ соответствуют заданные параметры. Например, при понижении температуры воды парциальное давление может возрасти, поскольку растворимость газа увеличивается. Алгоритм запоминает эту зависимость и анализирует её в сочетании с другими факторами, чтобы эффективно использовать в дальнейшем.
Затем модель проверили на тестовой выборке, где она самостоятельно предсказала значения парициального давления на основе новых параметров. Учёные сравнили её расчёты с реальными экспедиционными данными, полученными в Балтийском море и подтвердили корректность системы.
«Мы применяем многослойный перцептрон — нейронную сеть, которая прогнозирует pCO₂, используя несколько скрытых уровней принятия решений. На каждом этапе учитывается вклад различных параметров, что позволяет избежать переобучения, обычно необходимого для таких моделей и получить объективную оценку», — добавила Софья Кузьмина.
В исследовании также описаны многолетние и сезонные колебания pCO₂ в Балтийском море, эти результаты согласуются с предыдущими работами, что подтверждает корректность модели.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Если достаточно развитая цивилизация может отправлять к звездам не колонистов, а крошечные автономные зонды с ИИ, роботами и архивами знаний, то молчание Вселенной становится еще более странным. Возможно, развитые цивилизации не строят космические империи и не окружают звезды мегаструктурами, а расселяются по Галактике тихо — с помощью малозаметных автоматических систем.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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