Примерно 30% глобальных выбросов углекислого газа (CO₂) поглощаются земной растительностью в процессе фотосинтеза. Исследователи из UNIST разработали инновационную методику анализа на основе искусственного интеллекта (ИИ), которая позволяет с высоким временным разрешением прогнозировать поглощение CO₂. Ожидается, что это достижение существенно поможет в борьбе с изменением климата и разработке политики углеродной нейтральности.
Под руководством профессора Джонхо Има из Департамента экологического градостроительства и инженерии в UNIST исследовательская группа объявила о создании модели ИИ, способной оценивать суточную валовую первичную продуктивность (GPP) с интервалом в час, используя высокочастотные данные геостационарных метеорологических спутников. Их статья опубликована в журнале Remote Sensing of Environment.
GPP — ключевой показатель, отражающий количество углерода, активно поглощаемого растениями во время фотосинтеза. Он служит важным инструментом для количественной оценки поглощения углерода экосистемами.
Новая модель использует наблюдения с интервалом в 10 минут, полученные с геостационарного спутника Himawari-8, для прогнозирования GPP с высокой точностью. В отличие от спутников на полярной орбите, которые обычно наблюдают заданную точку только один-четыре раза в день, модель исследователей выигрывает от более частого сбора данных, что позволяет точно оценить суточные изменения в фотосинтезе.
Модель учитывает ряд метеорологических данных, включая аэрозольную оптическую глубину (AOD) — спутниковый показатель, отражающий концентрацию твёрдых частиц, таких как мелкая пыль. AOD влияет на количество и качество солнечного света, достигающего поверхности, поглощая или рассеивая солнечное излучение и тем самым воздействуя на фотосинтетическую активность.
Для интерпретации того, как модель делает прогнозы, исследователи использовали SHapley Additive exPlanations (SHAP) — методику объяснимого ИИ. Результаты показали, что AOD является наиболее влиятельным фактором в утренние и вечерние часы, когда угол падения солнечных лучей низкий. Это согласуется с пониманием того, что более низкое положение солнца увеличивает долю рассеянного света, делая реакцию растений на фотосинтез более чувствительной к атмосферным аэрозолям.
Профессор Им отметил: «Наш подход может оценить пространственно-временную динамику поглощения углерода в Восточной Азии с разрешением в 2 км в течение 24 часов, что делает его ценным инструментом для анализа углеродных потоков в экосистемах, мониторинга растительности и моделирования на основе фотонной среды».
Предоставлено Унсанским национальным институтом науки и технологий (Ulsan National Institute of Science and Technology).