摘要：為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，科學(xué)家們正在轉(zhuǎn)向人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)來分析衛(wèi)星雷達(dá)數(shù)據(jù)，旨在探測(cè)和跟蹤南極洲周圍南大洋的冰山。人工智能與衛(wèi)星雷達(dá)數(shù)據(jù)的結(jié)合由艾倫圖靈研究所支持的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用了來自歐洲航天局Sentinel-1衛(wèi)星的合成孔徑雷達(dá)(SAR)數(shù)據(jù)的力量。...

冰山看似遙遠(yuǎn)且充滿異國(guó)情調(diào)，但在我們的世界中發(fā)揮著重要作用，影響著生態(tài)系統(tǒng)、海洋環(huán)流、海冰動(dòng)態(tài)，甚至全球海平面。它們的巨大存在會(huì)極大地影響海上活動(dòng)，給航運(yùn)路線帶來風(fēng)險(xiǎn)。就在最近，全世界目睹了巨大的A23a冰山的釋放，該冰山的大小是大倫敦地區(qū)的兩倍，在擱淺在南極海洋近三十年后。雖然這些重大事件引起了人們的關(guān)注，但真正需要仔細(xì)觀察的是成千上萬個(gè)不斷從南極冰架崩解并漂流到大海的小冰山。

了解這些冰山的生命周期和環(huán)境后果至關(guān)重要。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，科學(xué)家們正在轉(zhuǎn)向人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí)來分析衛(wèi)星雷達(dá)數(shù)據(jù)，旨在探測(cè)和跟蹤南極洲周圍南大洋的冰山。

神秘的冰山世界

冰山遠(yuǎn)非靜止的。它們的移動(dòng)無序，使得識(shí)別和跟蹤變得困難。當(dāng)它們?cè)趲资陜?nèi)逐漸融化時(shí)，會(huì)釋放出寒冷的淡水和重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以深刻影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)以及海洋環(huán)流、海冰融化甚至全球海平面的復(fù)雜動(dòng)態(tài)。為了解開這些謎團(tuán)，研究人員正在利用尖端技術(shù)和人工智能算法。

人工智能與衛(wèi)星雷達(dá)數(shù)據(jù)的結(jié)合

由艾倫圖靈研究所支持的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用了來自歐洲航天局 Sentinel-1 衛(wèi)星的合成孔徑雷達(dá) (SAR) 數(shù)據(jù)的力量。這些衛(wèi)星能夠晝夜掃描冰山，無論天氣狀況如何。雖然 SAR 數(shù)據(jù)已經(jīng)使用了一段時(shí)間，但這項(xiàng)研究的突破性之處在于無監(jiān)督人工智能算法的應(yīng)用。

從 2019 年 10 月到 2020 年 9 月，該人工智能算法分析了 SAR 讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)了近 30,000 座面積約為 1 平方公里（0.4 平方英里）或更小的冰山。該研究重點(diǎn)關(guān)注南極洲西部的阿蒙森海灣，特別是思韋茨冰川的崩解前緣。

創(chuàng)建南極海的數(shù)字孿生

這項(xiàng)努力的最終目標(biāo)是準(zhǔn)確探測(cè)和監(jiān)測(cè)冰山，為南極海洋數(shù)字孿生的發(fā)展鋪平道路。這個(gè)數(shù)字孿生將作為虛擬復(fù)制品，為科學(xué)家提供有關(guān)海洋、冰和大氣之間復(fù)雜相互作用的寶貴見解。了解這些復(fù)雜的物理現(xiàn)象對(duì)于揭示冰山對(duì)環(huán)境的全面影響至關(guān)重要。

英國(guó)南極調(diào)查局 (BAS) 人工智能實(shí)驗(yàn)室的本·埃文斯 (Ben Evans) 強(qiáng)調(diào)了這一技術(shù)突破的重要性：“我們用于開發(fā)該工具的技術(shù)已經(jīng)非常普遍地用于醫(yī)學(xué)成像，因此我們很高興能夠?qū)⑾嗤募夹g(shù)應(yīng)用于極地海洋 SAR 衛(wèi)星圖像中看到的復(fù)雜特征?！彼M(jìn)一步指出，“我們使用的方法與其他替代冰山檢測(cè)方法一樣準(zhǔn)確，并且性能優(yōu)于大多數(shù)方法，無需人工輸入。這意味著它可以輕松擴(kuò)展到我們的研究區(qū)域之外，甚至提供近乎實(shí)時(shí)的監(jiān)控?！?/span>

人工智能和合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的結(jié)合代表了一種改變游戲規(guī)則的南大洋冰山追蹤方法。除了巨大冰山崩解的迷人景象之外，它們的運(yùn)動(dòng)和融化的更廣泛影響也需要我們的關(guān)注。它們掌握著理解氣候變化、海洋動(dòng)力學(xué)和地球生態(tài)系統(tǒng)微妙平衡的關(guān)鍵。

隨著人工智能的不斷發(fā)展，其在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用變得越來越有價(jià)值。從這項(xiàng)研究中獲得的見解不僅增強(qiáng)了我們對(duì)冰山影響的理解，還強(qiáng)調(diào)了人工智能解決復(fù)雜環(huán)境挑戰(zhàn)的潛力，為在氣候不確定的時(shí)代做出更明智的決策鋪平了道路。