Foto: Corinna Behrens
Datum objave: 17.01.2022
Kategorija: Interdisciplinarne raziskave, Naš prispevek k ciljem trajnostnega razvoja OZN
Cilji trajnostnega razvoja: 9 Industrija, inovacije in infrastruktura, 11 Trajnostna mesta in skupnosti, 13 Podnebni ukrepi, 14 Življenje v vodi, 15 Življenje na kopnem, 17 Partnerstva za doseganje ciljev (kazalniki)
Interdisciplinarna skupina raziskovalcev z Univerze v Ljubljani, Fakulteta za računalništvo in informatiko (mag. Lojze Žust in prof. Matej Kristan), Nacionalnega inštituta za biologijo (ddr. Matjaž Ličer) in Agencije Republike Slovenije za okolje (Anja Fettich) je razvila globoko nevronsko mrežo za napovedovanje poplav v severnem Jadranu, ki se kosa s fizikalnimi numeričnimi modeli.
Slika 1: Logo HIDRA
Zaradi globalnega segrevanja so poplave obalnih mest vse bolj pereč problem. Modelske projekcije napovedujejo, da se bo srednja gladina slovenskega morja do leta 2100 dvignila za 30 – 100 cm. Obalna mesta, kot je Piran, bo v prihodnosti morje poplavljalo tudi dvakrat na dan. Natančno napovedovanje poplavnih dogodkov je zato ključno za pravočasno obveščanje in zaščito obalnega prebivalstva in ekonomije.
Slika 2: Ob dvigu gladine za 100 cm bodo z rdečo obarvana področja slovenske obale popolnoma poplavljena. Vir:
Napovedovanje obalnih poplav v severnem Jadranu pa je izjemno zahtevno zaradi interakcij med atmosferskimi pojavi, topografskimi specifikami zračnega in morskega toka ter resonančnimi lastnostmi jadranskega bazena. Slednje zato zahteva zagon sklopljenih atmosferskih in oceanskih modelov, kar je počasno in podvrženo modelirnim napakam.
Skupina raziskovalcev z UL FRI, NIB in ARSO se je izziva napovedovanja poplav lotila s strojnim učenjem. Razvili so globoko nevronsko mrežo HIDRA, ki na podlagi časovnega razvoja atmosferskih slik in preteklih meritev višin gladine morja napoveduje morsko gladino v izbrani točki za naslednjih 72 ur. Po natančnosti presega najnaprednejši operativni oceanski model NEMO in je hkrati pol milijonkrat hitrejša. Poleg tega HIDRA ustvari pol milijonkrat nižji energetski odtis, saj za svoje napovedi ne potrebuje drage strojne opreme, ampak samo običajen prenosni računalnik. Zato jo lahko uporabljajo tudi navadni ljudje, krajevne skupnosti itd. Gre za prvo metodo strojnega učenja, ki v specifični nalogi prekaša oceanske fizikalne numerične modele in je hkrati realnočasna, zato je HIDRA že del operativnih napovedi na Agenciji Republike Slovenije za okolje, njene napovedi pa so javno dostopne na povezavi: https://lojzezust.github.io/hidra-visualization/sl/. HIDRA je bila predstavljena v članku objavljenem v najuglednejši reviji geofizike Geoscientific Model Development, ki je bil izbran kot eden izmed najvidnejših raziskovalnih dosežkov s področja naravoslovja in tehnike »Odlični v znanosti 2021«, ki jih vsako leto izbira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije.
Slika 3: HIDRA napoveduje višino gladine morja v izbrani točki za tri dni v prihodnost z natančnostjo primerljivo z numeričnim modelom. Vir