Климаттың өзгеруі теңіз деңгейінің көтерілуіне және дауылдардың күшеюіне әкеліп соқтырғандықтан, жаһандық жағалау сызықтары бұрын-соңды болмаған эрозия қаупіне тап болуда. Дегенмен, жағалау сызығының өзгеруін, әсіресе ұзақ мерзімді үрдістерді дәл болжау қиын. Жақында ShoreShop2.0 халықаралық бірлескен зерттеуі жағалау сызығын болжаудағы 34 модельдің жұмысын соқыр тестілеу арқылы бағалап, жағалау сызығын модельдеудегі қазіргі заманғы жетістіктерді көрсетті.

Жағалау сызығы – құрлықтың теңізбен түйісетін жеріндегі динамикалық шекара, ол толқындарға, қайтуларға, дауылдарға және теңіз деңгейінің көтерілуіне байланысты үнемі өзгеріп отырады. Дүние жүзіндегі құмды жағалау сызықтарының шамамен 24%-ы жылына 0,5 метрден асатын жылдамдықпен шегініп барады, ал АҚШ шығанағы жағалауы сияқты кейбір аудандарда жылдық эрозия жылдамдығы тіпті 20 метрден асады.

Жағалау сызығының өзгеруін болжау қиын және күрделі, бұл толқын энергиясын, шөгінділердің тасымалдануын және теңіз деңгейінің көтерілуін қоса алғанда, көптеген факторлардың өзара әрекеттесуін ескеруді талап етеді. Ұзақ уақыт аралығында дәл болжау одан да қиын.

Қазіргі жағалау сызығын болжау модельдерін үш санатқа бөлуге болады: бірі сұйықтық механикасы мен шөгінді тасымалдау теңдеулеріне негізделген Delft3D және MIKE21 сияқты физикалық модельдеуге негізделген; бірі - физикалық принциптерді CoSMoS-COAST және LX-Shore сияқты деректерге негізделген әдістермен біріктіретін гибридті модель; ал екіншісі - LSTM желілері мен Трансформатор 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 тест байқауы пәнаралық салыстырулар үшін тамаша мүмкіндік береді.

ShoreShop2.0 халықаралық соқыр сынақ байқауы ғылыми ынтымақтастықтың өте қатаң түрі болып табылады. Қатысушы топтарға тек сынақ алаңы туралы хабарланады, бұл шығанақтың немесе жағажайдың кодтық атауы. Алдын ала білімнің модельді калибрлеуге әсер етуіне жол бермеу үшін оның орналасқан жері және нақты атауы сияқты негізгі ақпарат жасырылады. Сонымен қатар, деректер бөлімдерде құпия сақталады, 2019-2023 жылдардағы (қысқа мерзімді) және 1951-1998 жылдардағы (орта мерзімді) деректер әдейі жасырылады. Содан кейін модельдер жағалау сызығының қысқа және орта мерзімді өзгерістерін болжайды, сайып келгенде, құпия деректерді пайдаланып, олардың дәлдігін тексереді. Бұл дизайн жағалау модельдерін мүлдем белгісіз жағдайларда пәнаралық салыстыруға мүмкіндік береді.

15 елден келген отыз төрт зерттеу тобы модельдерді ұсынды, оның ішінде 12 деректерге негізделген модель және 22 гибридті модель бар. Бұл топтар Америка Құрама Штаттары, Австралия, Жапония, Франция және басқа да елдердің мекемелерінен келді. Дегенмен, ұсынылған модельдерде GENESIS және физикаға негізделген Delft3D және MIKE21 сияқты коммерциялық модельдер болмады.

Салыстыру қысқа мерзімді, бес жылдық болжамдар үшін ең жоғары өнімді модельдер CoSMoS-COAST-CONV_SV (гибридті модель), GAT-LSTM_YM (деректерге негізделген модель) және iTransformer-KC (деректерге негізделген модель) екенін көрсетті. Бұл модельдер шамамен 10 метрлік орташа квадраттық қателіктерге қол жеткізді, бұл спутниктік қашықтықтан зондтау жағалау сызығы деректеріндегі 8,9 метрлік қателікпен салыстыруға болады. Бұл кейбір жағажайлар үшін модельдердің болжау мүмкіндіктері бақылау технологиясының шегіне жақындап келе жатқанын көрсетеді. Әрине, басқа модельдер жағалау сызығының өзгерістерін жақсырақ түсіре алды.

Таңқаларлық жаңалық - гибридті модель деректерге негізделген модельмен салыстыруға болатындай нәтиже көрсетті. CoSMoS-COAST-CONV_SV (гибридті модель) физикалық процестер мен конволюциялық операцияларды біріктіреді, ал GAT-LSTM_YM (деректерге негізделген модель) кеңістіктік корреляцияларды түсіру үшін графиктік назар аудару желісін пайдаланады. Екі модель де жақсы нәтиже көрсетті.

Орта мерзімді болжамдар тұрғысынан LX-Shore сериясы (гибридті модельдер) өлшенген деректерге ең жақын болжамдарды ұсынады. Жағалау бойындағы және бүйірлік шөгінділерді тасымалдау процестерін біріктіру арқылы бұл модельдер өлшенген деректермен экстремалды дауыл оқиғаларына ең тұрақты жауаптарды көрсете отырып, ұзақ мерзімді тұрақтылықты сақтайды. Бұл модельдерден алынған болжамдар бір қатты дауылдың жағалау сызығының 15-20 метрге дейін уақытша шегінуіне әкелуі мүмкін екенін, толық қалпына келтіру екі-үш жылға созылуы мүмкін екенін көрсетеді. CoSMoS-COAST сериясы тамаша тұрақтылықты ұсынады, ал басқа модельдер ұзақ мерзімді ауытқулар мен шамадан тыс жауап беруден зардап шегуі мүмкін.

Модель нәтижелері мынаны көрсетедідеректер сапасымодельдің жұмысындағы негізгі шектеуші фактор болып табылады. Спутниктік қашықтықтан зондтау деректері кең аумақты қамтығанымен, оның уақытша ажыратымдылығы төмен, әдетте апта сайын немесе ай сайын, бұл дауылдан кейінгі тез қалпына келуді анықтауды қиындатады. Сонымен қатар, лезде су жиегіне толқындардың көтерілуі мен толуы әсер етеді, бұл модель болжамдарына әсер етуі мүмкін өтпелі қателіктерге әкеледі.

Зерттеу кеңістіктік-уақыттық деректерді тегістеу, мысалы, сенімді екі өлшемді сүзгілеу әдістерін пайдалану модельдің өнімділігін айтарлықтай жақсарта алатынын анықтады. Кейінірек, соқыр емес сынақ модельдері деректерді алдын ала өңдеуді оңтайландыру арқылы орташа қателікті 15%-ға төмендетті.

Тұрақты 2D тегістеу - жағалау сызығының спутниктік деректеріндегі шуды өңдеу үшін арнайы жасалған озық сигналды өңдеу әдісі. Негізінен, бұл салмақталған ең кіші квадраттарға негізделген итеративті сүзу алгоритмі және спутниктік кескіндердегі өтпелі толқын шуы сияқты ауытқуларға өте берік.

Модельдік болжамдар үшін маңызды тағы бір фактор - жағалауға жақын толқын деректерінің дәлдігі. Қазіргі уақытта толқын деректері әртүрлі қателіктерге ұшырайды, соның ішінде жаһандық толқындарды қайта талдау деректерін жағалауға жақын түрлендірудегі қателіктер, толқын параметрлерін сыну аймағында емес, 10 метрлік изобатта алудан туындаған ауытқулар және күнделікті орташа толқын жағдайларын пайдалану арқылы экстремалды оқиғалардың әсерін бағаламау. Бұл қателіктердің барлығы модельдік болжамдарға әсер етуі мүмкін.

Ұзақ мерзімді болжамдар үшін көптеген модельдер теңіз деңгейінің көтерілуінің әсерін бағалау үшін классикалық Броун заңына сүйенеді. Дегенмен, бұл заң шөгінділердің шексіз және теңдестірілген қоректенуін болжайды және теңіздегі шөгінділердің тасымалдануының немесе жағажайдағы тамақтану сияқты адам қызметінің әсерін ескермейді. Бұл модельдің елеулі ауытқуларына әкелуі мүмкін.

Тепе-теңдік профилі теориясына сүйене отырып, Браун заңы теңіз деңгейінің көтерілуі мен жағалау сызығының шегінуі арасындағы сызықтық байланысты қамтамасыз етеді. Бұл теория жағалау профилі тепе-теңдік пішінін сақтайды деп тұжырымдайды. Теңіз деңгейі көтерілген сайын, орналасу кеңістігінің ұлғаюы бұл тепе-теңдік профилін жаңа теңіз деңгейіне қатысты пішінін сақтау үшін құрлыққа қарай ығысуға мәжбүр етеді. Демек, теория жағалау профилі құрлыққа қарай ығысқан кезде жоғарғы жағажай қабаты эрозияға ұшырайды және эрозияға ұшыраған материал жағалауда жиналады, бұл жағалауға жақын теңіз түбінің көтерілуіне әкеледі, осылайша судың тұрақты тереңдігін сақтайды деп тұжырымдайды. Браун заңы жағалау шегінісі жағажайдың көлбеуіне байланысты теңіз деңгейінің көтерілуінен 10-нан 50 есеге дейін үлкен болуы мүмкін деп болжайды.

Бұл зерттеу нақты қажеттіліктерге негізделген тиісті құралдарды таңдауға негіз береді. Сонымен қатар, деректерді алдын ала өңдеу өте маңызды; деректерді дұрыс өңдеу кейде модельдің өзінен гөрі үлкен әсер етуі мүмкін. ShoreShop 2.0 көмегімен жинақталған тәжірибеге сүйене отырып, болжам дәлдігін арттыру үшін спутниктік және толқындық деректерге жақсартулар енгізуге болады. Сонымен қатар, жасанды түрде бұзылған жағажайлардың ұзақ мерзімді болжамдардағы бақыланбайтын әсері де болжам нәтижелеріне айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Сонымен қатар, GENESIS, Delft3D және MIKE21 сияқты коммерциялық модельдердің қатысуының болмауы маңызды мәселе болып табылады.

​«Көк шекара сақшылары: Франкстар» ұйымының мұхиттарымыз бен климатымызды қорғауға арналған 11 жылдық миссиясы

Он жылдан астам уақыт бойы Frankstar теңіз қоршаған ортасын қорғау саласында алдыңғы қатарда болып келеді, мұхит және гидрологиялық деректерді жеткізу үшін озық технологиялар мен ғылыми дәлдікті пайдаланады. Біздің миссиямыз жай ғана деректер жинаудан асып түседі - біз тұрақты болашақтың сәулетшілеріміз, бүкіл әлемдегі мекемелерге, университеттерге және үкіметтерге планетамыздың денсаулығы үшін хабардар шешімдер қабылдауға мүмкіндік береміз.