Новая система ИИ может раскрыть точки бифуркации изменения климата

Исследователи Университета Ватерлоо разрабатывают новую систему искусственного интеллекта (ИИ), которая может служить системой раннего предупреждения о точках бифуркации изменения климата. Новое исследование сосредоточено на порогах, за которые происходит быстрая или необратимая изменение в системе.

Крис Бауч – профессор прикладной математики в Университете Ватерлоо и соавтор исследования.

“Мы обнаружили, что новый алгоритм не только может предсказать точки бифуркации более точно, чем существующие подходы, но и предоставить информацию о том, какой тип состояния лежит за пределами точки бифуркации”, – сказал Бауч. “Многие из этих точек бифуркации являются нежелательными, и мы хотели бы предотвратить их, если это возможно.”

Точки бифуркации изменения климата

Эти различные точки бифуркации изменения климата могут включать таяние арктического перmafrost, который может выпустить большое количество метана, что приведет к дальнейшему быстрому нагреву. Это также включает разрушение океанических течений, что может привести к немедленным изменениям в погодных условиях. Другой возможностью является разрушение ледников, что может привести к быстрым изменениям уровня моря.

По словам исследователей, этот новый подход является инновационным, поскольку он был запрограммирован на изучение более одного типа точки бифуркации. Вместо этого он изучает характеристики точек бифуркации в целом.

Новый алгоритм основан на сочетании ИИ и математических теорий точек бифуркации, что дает лучшие результаты, чем любой из методов отдельно. ИИ обучен на “вселенной возможных точек бифуркации”, которая включает около 500 000 моделей. Затем его тестируют на конкретных реальных точках бифуркации в различных системах, таких как исторические климатические ядра.

Тимоти Лентон – директор Института глобальных систем в Университете Эксетера и один из соавторов исследования.

“Наш улучшенный метод может поднять красные флаги, когда мы приближаемся к опасной точке бифуркации”, – сказал Лентон. “Предоставление улучшенного раннего предупреждения о точках бифуркации изменения климата может помочь обществам адаптироваться и снизить их уязвимость к тому, что грядет, даже если они не могут избежать этого.”

Алгоритм глубокого обучения

Исследователи полагались на глубокое обучение, которое все больше влияет на распознавание и классификацию закономерностей положительным образом. Исследователи впервые преобразовали обнаружение точек бифуркации в задачу распознавания закономерностей, что помогает обнаружить закономерности, присутствующие до точки бифуркации. Это, в свою очередь, помогает алгоритму машинного обучения определить, приближается ли точка бифуркации.

Томас Бери – постдокторант в Университете Макгилла и еще один из соавторов статьи.

“Люди знакомы с точками бифуркации в климатических системах, но есть точки бифуркации в экологии и эпидемиологии, и даже на фондовых рынках”, – сказал Бери. “Мы узнали, что ИИ очень хорош в обнаружении особенностей точек бифуркации, которые являются общими для широкого спектра сложных систем.”

Мадхур Ананд – еще один из исследователей и директор Института экологических исследований Гуэлфа.

По словам Ананда, недавно разработанный алгоритм глубокого обучения является “игроком, меняющим правила игры, для возможности предвидеть большие сдвиги, включая те, которые связаны с изменением климата”.

Команда теперь будет работать над предоставлением ИИ данных о современных тенденциях изменения климата. Однако Ананд предупреждает, что результат зависит от того, как эти находки будут использованы.

“Это определенно дает нам преимущество”, – сказала она. “Но, конечно, это зависит от человечества в том, что мы делаем с этими знаниями. Я просто надеюсь, что эти новые находки приведут к справедливым, положительным изменениям.”