Как разработка уральского студента контролирует СО2 в атмосфере лесных регионов

Студент Алексей Розанов создал нейросеть, чтобы контролировать концентрацию углекислого газа в регионах, где преобладает темнохвойная растительность.

Свердловская область на 70 процентов покрыта таежными лесами, поэтому вошла в пилотный проект Минобрнауки РФ по изучению баланса углеродсодержащих парниковых газов и инвентаризации запасов углерода в природе. Эксперимент проводится на карбоновом полигоне в Коуровке. Исследователи уже сравнили результаты, полученные искусственным интеллектом при зондировании атмосферы, с замерами спектрометром. Расхождения составили всего 15 процентов, что допустимо в пределах среднеквадратичной ошибки (так называют основной критерий точности нейросети).

- Самым сложным было собрать и обработать данные, пять-шесть терабайтов. Это очень кропотливая работа: малейшая ошибка может привести либо к неожиданным, либо к неадекватным результатам. На нее ушло примерно полгода. Наша модель пока сырая, мы работаем над более гибкой версией, ведь местами лес не только хвойный, но и смешанный, нужно учитывать эти особенности, - говорит Алексей Розанов.

Вегетационный период длится на Урале с апреля по сентябрь. За это время ученые должны понять, в каком объеме смешанные или темнохвойные леса поглощают углекислый газ из атмосферы. Каждые восемь дней нейросеть измеряет уровень углерода, опираясь на данные мультиспектральных сенсоров космического базирования, температуру воздуха, уровень осадков и информацию от мировой сети наземных станций Fluxnet. Как оказалось, гектар елей и сосен в Коуровке поглощает 1,5 тонны CO2, что в пересчете составляет около 410 килограммов углерода. Значит, за этот период вырастает более 1,5 тонны биомассы на каждом га леса, - поясняет руководитель лаборатории физики климата и окружающей среды УрФУ Вячеслав Захаров.

За содержанием СО2 в атмосфере на Урале ученые следят с 2009 года. Ежегодно его концентрация увеличивается на три пропромилле. Это связано с активной работой промышленности и высоким транспортным трафиком. Зимой и до апреля включительно доля максимальна, чему способствуют минусовые температуры и отсутствие зелени. Как только появляются первые листья, начинается фотосинтез, газ поглощается. И так вплоть до сентября. Осенью листва снова опадает, перегнивает и возвращает в воздух часть накопленного углерода.