Ученые получили новое представление о движении антарктических льдов
Для анализа данных дистанционного зондирования с высоким разрешением о движении льдов в Антарктиде впервые учеными Стэнфордского университета был использован искусственный интеллект, сообщает 13 марта журнал Science.
По мере того как планета нагревается, ледяной покров Антарктиды тает и способствует повышению уровня моря по всему земному шару. В Антарктиде содержится достаточно замерзшей воды, чтобы поднять уровень мирового океана на 60 метров, поэтому точное прогнозирование того, как она будет перемещаться и таять сейчас и в будущем, имеет жизненно важное значение для защиты прибрежных районов.
Но большинству климатических моделей трудно точно воспроизвести движение антарктического льда из-за скудности данных и сложности взаимодействий между океаном, атмосферой и замерзшей поверхностью.
Исследователи из Стэнфордского университета с помощью ИИ раскрыли некоторые фундаментальные физические закономерности, управляющие крупномасштабными перемещениями ледяного покрова Антарктики, что может помочь улучшить прогнозы о том, как изменится континент в будущем.
Чтобы понять движение антарктического ледяного покрова, который с каждым годом сокращается все быстрее, существующие модели, как правило, основаны на предположениях о механическом поведении льда, полученных в результате лабораторных экспериментов. Но лед Антарктиды гораздо сложнее, чем то, что можно смоделировать в лаборатории, сказал доцент Стэнфордского университета Чинг-Яо Лай.
Лед, образовавшийся из морской воды, обладает иными свойствами, чем лед, образовавшийся из спрессованного снега, и в ледяных покровах могут быть большие трещины, воздушные карманы или другие несоответствия, влияющие на движение.
«Эти различия влияют на общее механическое поведение, так называемую конститутивную модель ледяного покрова, способами, которые не учитываются в существующих моделях или в лабораторных условиях», — отметил Лай.
Ученые не пытались охватить каждую из этих отдельных переменных. Вместо этого они построили модель для анализа крупномасштабных перемещений и толщины льда, зафиксированных с помощью спутниковых снимков и самолетных радаров в период с 2007 по 2018 год.
Исследователи сосредоточили внимание на пяти шельфовых ледниках Антарктиды. Они обнаружили, что части шельфовых ледников, наиболее близкие к континенту, сжимаются, и конститутивные модели в этих областях довольно хорошо согласуются с лабораторными экспериментами.
Однако по мере того, как лед отдаляется от континента, его начинает вытягивать в море. Из-за деформации лед в этой области имеет разные физические свойства в разных направлениях — например, бревно легче раскалывается вдоль волокон, чем поперек — эта концепция называется анизотропией.
«Наше исследование показывает, что большая часть шельфового ледника является анизотропной, — сказал первый автор исследования Юнцзи Ван. — Зона сжатия — часть, прилегающая к неподвижному льду, — составляет менее 5% шельфового ледника. Остальные 95% — это зона растяжения, и она не подчиняется тому же закону».
Точное понимание движений ледяного покрова в Антарктиде будет становиться все более важным по мере повышения глобальной температуры — повышение уровня моря уже приводит к увеличению наводнений в низинных районах и на островах, ускоряет прибрежную эрозию и увеличивает ущерб от ураганов и других сильных штормов.
До сих пор большинство моделей предполагали, что антарктический лед имеет одинаковые физические свойства во всех направлениях. Исследователи знали, что это было чрезмерным упрощением — модели реального мира никогда не воспроизводят идеально естественные условия — но работа, проделанная учеными, убедительно показывает, что текущие конститутивные модели неточно отражают движение ледяного покрова, наблюдаемое со спутников.
«Люди думали об этом и раньше, но это никогда не подтверждалось, — сказал Ван. — Теперь, основываясь на этом новом методе и строгом математическом мышлении, лежащем в его основе, мы знаем, что модели, предсказывающие будущую эволюцию Антарктиды, должны быть анизотропными».
