Штучний інтелект показує, як змінюються австралійські савани

Австралія має найбільші збережені савани у світі — мозаїку ландшафтів від відкритих трав’янистих просторів до густих лісів і заболочених ділянок.

Джерело: phys.org

Вони охоплюють майже чверть континенту та є важливими для біорізноманіття, культури корінних народів і глобального вуглецевого балансу. Проте ці екосистеми дедалі сильніше потерпають від пожеж, інтенсивного землекористування, інвазивних видів і змін клімату.

Щоб зрозуміти, як савани змінюватимуться у найближчі десятиліття, команда дослідників створила інструмент штучного інтелекту Themeda — названий на честь культового австралійського виду Themeda triandra, або «трави кенгуру». Модель навчали на основі 33 років супутникових спостережень північної Австралії. Дані включали сліди пожеж, показники опадів і температури, типи ґрунтів, рельєф та інші екологічні чинники.

Themeda прогнозує зміни рослинного покриву для кожної ділянки площею 25×25 метрів на території площею 1,5 млн км². Це фактично персональний прогноз для кожного «кварталу» землі — для кожного року. Завдяки цьому можна заздалегідь оцінити ризики втрати біорізноманіття, ерозії ґрунтів чи деградації пасовищ, а також спрогнозувати, як коливання кількості опадів вплине на трав’яні угіддя, заболочені території чи деревну рослинність.

Модель також корисна для планування протипожежних заходів. Вона допомагає визначити, де накопичується зайве «паливо» для пожеж, і як зміни клімату можуть збільшити ризик катастрофічних вогнищ. Це дозволяє ефективно планувати сезонні контрольовані підпали та зменшувати загрозу для екосистем і громад.

Themeda працює на основі глибинного навчання — алгоритмів, які навчаються на великих обсягах даних. Модель складається з мільйонів параметрів, що налаштовуються за кожним прогнозом. Дослідники протестували дві архітектури нейромереж, і нова розробка команди показала кращі результати, точніше поєднуючи локальні деталі та регіональні закономірності.

Вихід Themeda — це не одна відповідь, а ймовірність для кожного типу рослинного покриву на кожній ділянці. Це дозволяє оцінювати як найбільш імовірні зміни, так і ризики екстремальних сценаріїв — наприклад, відступ трав’яних територій або розширення деревних масивів.

У перспективі Themeda стане основою для моделювання екосистемних послуг за різних сценаріїв землекористування, управління пожежами та кліматичних змін. Дослідники планують застосовувати її для розрахунку ерозії, руху осадів у водоймах, планування відновлення деградованих територій та оцінки впливу різних стратегій випасу худоби. Інструмент є гнучким, відкритим і може бути адаптований до інших екосистем.