Neues KI-System könnte Kipppunkte des Klimawandels aufdecken

Forscher an der University of Waterloo entwickeln ein neues Künstliches Intelligenz-System (KI), das als Frühwarnsystem gegen Klimawandel-Kipppunkte dienen könnte. Die neue Forschung konzentriert sich auf Schwellenwerte, bei denen schnelle oder unumkehrbare Veränderungen in einem System auftreten.

Chris Bauch ist Professor für angewandte Mathematik an der University of Waterloo und Co-Autor der Forschungsarbeit.

“Wir haben festgestellt, dass das neue Algorithmus nicht nur die Kipppunkte genauer vorhersagen konnte als bestehende Ansätze, sondern auch Informationen über den Zustand lieferte, der jenseits des Kipppunkts liegt”, sagte Bauch. “Viele dieser Kipppunkte sind unerwünscht, und wir würden sie gerne vermeiden, wenn wir können.”

Klimawandel-Kipppunkte

Diese verschiedenen Klimawandel-Kipppunkte können das Schmelzen des arktischen Permafrosts umfassen, das große Mengen an Methan freisetzen und zu weiterer schneller Erwärmung führen kann. Es umfasst auch den Zusammenbruch von ozeanischen Stromsystemen, der zu sofortigen Veränderungen der Wettermuster führen kann. Eine weitere Möglichkeit ist die Zerlegung von Eisschilden, die zu schnellen Veränderungen des Meeresspiegels führen kann.

Laut den Forschern ist dieser neue Ansatz innovativ, da er so programmiert wurde, dass er mehr als einen Kipppunkttyp lernt. Stattdessen lernt er die Merkmale von Kipppunkten im Allgemeinen.

Der neue Algorithmus basiert auf der Hybridisierung von KI und mathematischen Theorien von Kipppunkten, was bessere Ergebnisse liefert als nur eine Methode allein. Die KI wird auf einem “Universum möglicher Kipppunkte” trainiert, das etwa 500.000 Modelle umfasst. Anschließend wird sie auf spezifische reale Kipppunkte in verschiedenen Systemen getestet, wie historischen Klimakernproben.

Timothy Lenton ist Direktor des Global Systems Institute an der University of Exeter und einer der Co-Autoren der Studie.

“Unsere verbesserte Methode könnte Warnsignale setzen, wenn wir uns einem gefährlichen Kipppunkt nähern”, sagte Lenton. “Eine verbesserte Frühwarnung von Klimawandel-Kipppunkten könnte helfen, Gesellschaften anzupassen und ihre Verwundbarkeit gegenüber dem, was kommt, zu verringern, auch wenn sie es nicht vermeiden können.”

Tiefes Lernalgorithmus

Die Forscher verließen sich auf tiefes Lernen, das die Mustererkennung und Klassifizierung auf positive Weise beeinflusst. Die Forscher haben die Kipppunkterkennung in ein Mustererkennungsproblem umgewandelt, was zum ersten Mal hilft, die Muster zu erkennen, die vor einem Kipppunkt vorhanden sind. Dies wiederum hilft einem maschinellen Lernalgorithmus, zu bestimmen, ob ein Kipppunkt bevorsteht.

Thomas Bury ist Postdoktorand an der McGill University und ein weiterer Co-Autor der Arbeit.

“Die Menschen sind mit Kipppunkten in Klimasystemen vertraut, aber es gibt auch Kipppunkte in Ökologie und Epidemiologie und sogar an den Aktienmärkten”, sagte Bury. “Was wir gelernt haben, ist, dass KI sehr gut darin ist, Merkmale von Kipppunkten zu erkennen, die in einer Vielzahl von komplexen Systemen gemeinsam sind.”

Madhur Anand ist eine weitere Forscherin und Direktorin des Guelph Institute for Environmental Research.

Laut Anand ist der neu entwickelte tiefere Lernalgorithmus ein “Game-Changer für die Fähigkeit, große Veränderungen vorherzusagen, einschließlich solcher, die mit dem Klimawandel verbunden sind”.

Das Team wird nun daran arbeiten, der KI die Daten für aktuelle Trends im Klimawandel zu liefern. Anand warnt jedoch, dass das Ergebnis von der Nutzung dieser Erkenntnisse abhängt.

“Es gibt uns definitiv einen Vorteil”, sagte sie. “Aber natürlich hängt es von der Menschheit ab, was wir mit diesem Wissen tun. Ich hoffe nur, dass diese neuen Erkenntnisse zu einer gerechten, positiven Veränderung führen.”