Климаттың өзгеруі теңіз деңгейінің көтерілуіне және дауылдың күшеюіне әкеліп соғатындықтан, жаһандық жағалау сызығы бұрын-соңды болмаған эрозия қаупіне тап болуда. Дегенмен, жағалау сызығының өзгеруін дәл болжау қиын, әсіресе ұзақ мерзімді үрдістер. Жақында ShoreShop2.0 халықаралық бірлескен зерттеуі соқыр тестілеу арқылы жағалау сызығын болжаудың 34 моделінің өнімділігін бағалап, жағалау сызығын модельдеу өнерінің қазіргі жағдайын ашты.
Жағалау сызығы – бұл толқындар, толқындар, дауылдар және теңіз деңгейінің көтерілуінен үнемі өзгеріп отыратын құрлықтың теңізбен түйіскен динамикалық шекарасы. Дүние жүзіндегі құмды жағалау сызығының шамамен 24%-ы жылына 0,5 метрден асатын жылдамдықпен шегінуде, ал кейбір аудандарда, мысалы, АҚШ шығанағы жағалауында жыл сайынғы эрозия деңгейі 20 метрден асады.
Жағалау сызығының өзгеруін болжау өте қиын және күрделі, ол толқын энергиясын, шөгінділерді тасымалдауды және теңіз деңгейінің көтерілуін қоса алғанда, көптеген факторлардың өзара әрекетін ескеруді талап етеді. Ұзақ уақыт аралығындағы дәл болжау одан да қиын.
Жағалау сызығын болжаудың заманауи үлгілерін үш санатқа бөлуге болады: бірі физикалық модельдеуге негізделген, мысалы, сұйықтық механикасы мен шөгінді тасымалдау теңдеулеріне негізделген Delft3D және MIKE21; бірі физикалық принциптерді CoSMoS-COAST және LX-Shore сияқты деректерге негізделген әдістермен біріктіретін гибридті модель; ал екіншісі LSTM желілері және Transformer архитектуралары сияқты статистикалық немесе машиналық оқыту әдістеріне толығымен негізделген деректерге негізделген модель.
Модельдердің алуан түрлілігіне қарамастан, бірыңғай бағалау критерийлерінің болмауы өнімділікті салыстыруды қиындатты. Қай модель ең дәл болжамдарды ұсынады? ShoreShop2.0 соқыр сынақ байқауы пәнаралық салыстыру үшін тамаша мүмкіндік береді.
ShoreShop2.0 халықаралық соқыр сынақ байқауы ғылыми ынтымақтастықтың өте қатаң нысаны болып табылады. Қатысушы командалар тек шығанақ немесе жағажайдың кодтық атауы болып табылатын сынақ алаңы туралы хабардар болады. Оның орналасқан жері және нақты атауы сияқты негізгі ақпарат үлгіні калибрлеуге алдын ала білімнің әсер етуіне жол бермеу үшін жасырылады. Сонымен қатар, деректер бөлімдерде құпия сақталады, 2019-2023 (қысқа мерзімді) және 1951-1998 (орта мерзімді) деректер әдейі жасырылады. Содан кейін модельдер қысқа және орта мерзімді жағалау сызығының өзгерістерін болжайды, сайып келгенде, құпия деректерді пайдалана отырып, олардың дәлдігін тексереді. Бұл дизайн толығымен белгісіз жағдайларда жағалау модельдерін пәнаралық салыстыруға мүмкіндік береді.
15 елден келген 34 зерттеу тобы 12 деректерге негізделген модельді және 22 гибридті модельді қамтитын үлгілерді ұсынды. Бұл командалар АҚШ, Австралия, Жапония, Франция және басқа елдердегі мекемелерден келді. Дегенмен, ұсынылған үлгілерде GENESIS сияқты коммерциялық үлгілер және физикаға негізделген Delft3D және MIKE21 үлгілері болмады.
Салыстыру нәтижесінде қысқа мерзімді, бес жылдық болжамдар үшін ең тиімді үлгілер CoSMoS-COAST-CONV_SV (гибридті үлгі), GAT-LSTM_YM (деректерге негізделген модель) және iTransformer-KC (деректерге негізделген модель) екендігі анықталды. Бұл модельдер жерсеріктік қашықтықтан зондтау жағалау сызығының деректеріндегі 8,9 метрге тән қателікпен салыстыруға болатын шамамен 10 метрлік орташа квадраттық қателерге қол жеткізді. Бұл кейбір жағажайлар үшін модельдердің болжау мүмкіндіктері бақылау технологиясының шегіне жақындағанын көрсетеді. Әрине, басқа модельдер жағалау сызығының өзгерістерін жақсырақ түсіре алды.
Таңқаларлық нәтиже гибридті модель деректерге негізделген модельмен салыстыруға болатын орындалды. CoSMoS-COAST-CONV_SV (гибридті үлгі) физикалық процестер мен конвульстік операцияларды біріктіреді, ал GAT-LSTM_YM (деректерге негізделген модель) кеңістіктік корреляцияларды түсіру үшін графикалық назар аудару желісін пайдаланады. Екі модель де жақсы өнер көрсетті.
Орта мерзімді болжамдар тұрғысынан LX-Shore сериясы (гибридті үлгілер) өлшенген деректерге ең жақын болжамдарды береді. Жағалау және бүйірлік шөгінділерді тасымалдау процестерін біріктіру арқылы бұл модельдер өлшенген деректермен төтенше дауыл оқиғаларына ең дәйекті жауаптарды көрсете отырып, ұзақ мерзімді тұрақтылықты сақтайды. Бұл модельдердің болжамдары бір рет болатын қатты дауыл жағалау сызығының 15-20 метрге дейін өтпелі шегінуге әкелуі мүмкін екенін көрсетеді, оның толық қалпына келуі екі-үш жылға созылуы мүмкін. CoSMoS-COAST сериясы тамаша тұрақтылықты ұсынады, ал басқа модельдер ұзақ мерзімді дрейф пен шамадан тыс жауап беруден зардап шегуі мүмкін.
Модельдік нәтижелер мұны көрсетедідеректер сапасымодель өнімділігін шектейтін негізгі фактор болып табылады. Спутниктік қашықтықтан зондтау деректері кең аумақты қамтығанымен, оның уақытша ажыратымдылығы төмен, әдетте апта сайын немесе ай сайын болады, бұл дауылдан кейінгі жылдам қалпына келтіруді түсіруді қиындатады. Сонымен қатар, судың лездік жиегіне толқындар мен толқындар әсер етеді, бұл модель болжамдарына әсер етуі мүмкін өтпелі қателерге әкеледі.
Зерттеу екі өлшемді сүзгілеу әдістерін пайдалану сияқты кеңістіктегі деректерді тегістеу модель өнімділігін айтарлықтай жақсарта алатынын анықтады. Кейінірек соқыр емес сынақ үлгілері оңтайландырылған алдын ала өңдеу арқылы орташа қатені 15%-ға азайтты.
Robust 2D Smoothing — жағалау сызығының спутниктік деректеріндегі шуды өңдеу үшін арнайы әзірленген сигналды өңдеудің жетілдірілген әдісі. Негізінде бұл салмақты ең кіші квадраттарға негізделген итеративті сүзгілеу алгоритмі және спутниктік суреттердегі өтпелі толқын шуы сияқты шектен тыс көрсеткіштерге өте берік.
Модельді болжау үшін маңызды тағы бір фактор - жағалаудағы толқын деректерінің дәлдігі. Қазіргі уақытта толқын деректері әртүрлі қателерден зардап шегеді, соның ішінде жаһандық толқынды қайта талдау деректерін жағаға жақын түрлендіру қателері, үзілу аймағынан гөрі 10 метрлік изобатта толқын параметрлерін алудан туындаған қиғаштықтар және күнделікті орташа толқын жағдайларын пайдалану арқылы экстремалды оқиғалардың әсерін жете бағаламау. Бұл қателердің барлығы модель болжамдарына әсер етуі мүмкін.
Ұзақ мерзімді болжамдар үшін көптеген модельдер теңіз деңгейінің көтерілу әсерін бағалау үшін классикалық Браун заңына сүйенеді. Дегенмен, бұл заң шөгінділердің шексіз және теңдестірілген жеткізілімін болжайды және теңіздегі шөгінділерді тасымалдау немесе жағажайдағы қоректендіру сияқты адам әрекеттерінің әсерін елемейді. Бұл модельдің елеулі ауытқуларына әкелуі мүмкін.
Тепе-теңдік профилі теориясына негізделген Браун заңы теңіз деңгейінің көтерілуі мен жағалау сызығының шегінуі арасындағы сызықтық байланысты қамтамасыз етеді. Бұл теория жағалау профилі тепе-теңдік пішінін сақтайды деп болжайды. Теңіз деңгейі көтерілген сайын, орналастыру кеңістігінің ұлғаюы бұл тепе-теңдік профилін жаңа теңіз деңгейіне қатысты пішінін сақтау үшін құрлыққа қарай жылжуға мәжбүр етеді. Демек, теория жағалау профилі құрлыққа қарай жылжыған сайын, жоғарғы жағажай қабаты эрозияға ұшырайды және эрозияға ұшыраған материал теңізге шөгеді, бұл жағалаудағы теңіз түбінің көтерілуіне әкеледі, осылайша судың тұрақты тереңдігін сақтайды. Браун заңы жағалаудағы шегіну жағажайдың еңісіне байланысты теңіз деңгейінің көтерілуінен 10-50 есе көп болуы мүмкін деп болжайды.
Бұл зерттеу нақты қажеттіліктерге негізделген сәйкес құралдарды таңдауға негіз береді. Сонымен қатар, деректерді алдын ала өңдеу өте маңызды; деректерді дұрыс өңдеу кейде үлгінің өзінен де үлкен әсер етуі мүмкін. ShoreShop 2.0 арқылы жинақталған тәжірибеге сүйене отырып, болжамның дәлдігін арттыру үшін спутниктік және толқындық деректерге жақсартулар жасауға болады. Сонымен қатар, ұзақ мерзімді болжамдарда жасанды түрде бұзылған жағажайлардың бақыланбайтын әсерлері болжау нәтижелеріне айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Сонымен қатар, GENESIS, Delft3D және MIKE21 сияқты коммерциялық үлгілердің қатысуының болмауы маңызды мәселе болып табылады.
.Көк шекара сақшылары: Франкстардың мұхиттар мен климатты қорғау жөніндегі 11 жылдық миссиясы
Он жылдан астам уақыт бойы Франкстар теңдесі жоқ мұхит пен гидрологиялық деректерді жеткізу үшін озық технологиялар мен ғылыми қатаңдықты қолдана отырып, теңіз экологиясын басқарудың алдыңғы қатарында болды. Біздің миссиямыз жай ғана деректер жинаумен шектелмейді — біз тұрақты болашақтың сәулетшілеріміз, бүкіл әлем бойынша институттарға, университеттерге және үкіметтерге планетамыздың денсаулығы үшін негізделген шешімдер қабылдауға мүмкіндік береміз.
Жіберу уақыты: 11 тамыз 2025 ж