Nyitókép: Envato Elements
Az Egyesült Államok keleti, atlanti és a Mexikói-öböl melletti partjait kisebb-nagyobb rendszerességgel régóta sújtják hurrikánok. Magát a karibi-térséget is ebből a szempontból gyakran két részre, hurrikánoktól veszélyeztetett és hurrikánmentes övezetre osztják.
Az USA veszélyeztetett partszakaszán az építkezés is kockázatos, mert a házaknak elvileg ellen kell állniuk a természet viszontagságainak, elsősorban a tomboló szélviharoknak. A szél lehetséges sebességét, erejét megállapítani, és ezt figyelembe véve épületeket tervezni, kivitelezni távolról sem egyértelmű feladat, a munka komoly kihívásokkal jár. Jó hír, hogy ma már egyre pontosabb és kifinomultabb mesterségesintelligencia-megoldások is segítenek benne.
Hurrikántérképek tegnap és ma
Az USA Szabványok és Technológia Nemzeti Intézete (NIST) százévnyi hurrikán adatot és MI-t használva dolgozott ki új módszert szélviharok szimulálására, és kiderült, hogy tényleges viharok szeleinek a sebessége és útvonala pontosan megjeleníthető. Minél több valódi hurrikánt szimulálnak így, annál inkább tudnak segíteni az érintett területek építési irányelveinek folyamatos finomításában.
Hurrikán (Kép: Envato Elements)
A tervezést és az építkezést állami és helyi törvények szabályozzák, az építészek szabványos térképeket használnak munkájukhoz. Ezeken a térképeken feltüntetik a szélerősséget, amely alapján kiszámítható, hogy milyen szerkezetek hozhatók létre az adott parton, partközelben (és persze az sem mindegy, hogy például évek óta elhagyott üres raktár, vagy iskola mellé kívánjuk felhúzni a házat). A térképeken látható szélerősséget korábbi számítógépes modellekkel szimulált hipotetikus, de valódiak adatain alapuló hurrikánokból állapították meg.
Ha a szimulált hurrikánok tényleg úgy viselkednek, mint a valódiak, akkor az adatok azonnal a térképre integrálhatók. A legutóbbiak készítői ezt tették, a viharok teljes belső mechanizmusát, az azt befolyásoló fizikai tényezőkkel (tengerfelszíni vízhőmérséklet, mennyire szilárd a földfelszín stb.) együtt feldolgozták. A szükséges adatok azonban nem mindig állnak a kutatók rendelkezésére, ráadásul az említett legutóbbi térképek nem frissek, bő tíz éve készültek.
Azóta balszerencsére sok hurrikán sújtotta az amerikai partokat, szerencsére viszont a mesterségesintelligencia-technikák komoly fejlődésen mentek át. A rengeteg adat és az MI összekombinálásával, az NIST kutatói korábban kivitelezhetetlen módszert alakítottak ki. Az azzal készülő hurrikántérképek minden eddiginél pontosabbak.
Élethű szimuláció
A fejlesztők a viharmodell matematikai alapjainak kidolgozása helyett az igazi hurrikánok adatainak gépi tanulásos másolásában gondolkoztak. A Nemzeti Hurrikánközpont Atlanti Hurrikán Adatbázisát használva, elegendő jó minőségű adat állt rendelkezésükre az utóbbi száz évről; gépitanulás-algoritmusuk más technikákkal nehezen észrevehető vagy észrevehetetlen mintázatokat talált bennük, így pedig a modell olyan egyedi jellemzőket is képes pontosan szimulálni, mint a szélerő és a vihar mozgásiránya.
Még egy hurrikán (Kép: Envato Elements)
A kutatók több mint másfélezer vihar adataiból állítottak össze gyakorló és teszt-adatsorokat. Más szimulációkkal összehasonlítva, modelljük magasabb pontszámokat ért el – olyannyira, hogy több esetben a valódi és a szimulált hurrikánt nem lehetett megkülönböztetni egymástól.
Százévnyi hipotetikus viharokat szintén generáltak vele, egy-egy szimulációt másodpercek alatt készített el, és az adatok túlnyomórészt megegyeztek az adatbázissal, azaz az MI élethű hurrikánokat is le tud futtatni, olyanokat, amilyenek a fizikai valóságban voltak és lesznek.
Amit nem tudunk meg az új szimulációból: mennyire befolyásolja Florida hurrikánjait, Massachusetts szélviharait az éghajlatváltozás?
Földrajzilag viszont eltéréseket tapasztaltak – minél kevesebb hurrikán sújt egy területet, annál kevesebb adat áll rendelkezésükre, ezért a szimuláció kevésbé volt pontos. A probléma azonban nem annyira súlyos, mint tűnik elsőre, mert a floridai partok nagyságrendekkel veszélyeztetettebbek, mint mondjuk az új-angliai Boston városa.
Hurrikán, ahogy az atmoszférából látszik (Kép: Envato Elements)
Következő lépésben a szimulált hurrikánok alapján az extrém szélsebességről készítenek part-térképeket, amelyekbe a bizonytalanságot is bekalkulálják, kiszámítják a mértékét.
A módszer egyetlen bökkenője, hogy történelmi adatokra korlátozódik, és az éghajlatváltozás viharokra gyakorolt jövőbeli hatásai nem szimulálhatók vele. Ezen a téren jobbak a hagyományos eljárások, rövidtávon viszont az NIST széltérképei pontosabban visszaadják a valóságot, mert kevésbé függenek nehezen definiálható, számszerűsíthető fizikai paraméterektől. Tehát használhatóbbak.
A következő években a kutatók az építési szabványokra és előírásokra vonatkozó új térképeket is készítenek.
