ווי קענען מיר מער גענוי פאָרויסזאָגן ענדערונגען אין די ברעגעס? וועלכע מאָדעלן זענען בעסער?

מיט קלימאט ענדערונג וואס פירט צו שטייגנדיקע ים לעוועלס און פארשטארקטע שטורעמס, שטייען גלאבאלע ברעגן פאר אומגעזעענע עראזיע ריזיקעס. אבער, גענוי פאראויסזאגן ברעג ענדערונגען איז שווער, ספעציעל לאנג-טערמין טרענדס. לעצטנס, האט די ShoreShop2.0 אינטערנאציאנאלע קאלאבאראטיווע שטודיע עוואלוירט די פאָרשטעלונג פון 34 ברעג פאראויסזאגונג מאדעלן דורך בלינדע טעסטינג, אנטפלעקנדיק דעם היינטיקן צושטאנד פון דער קונסט אין ברעג מאָדעלינג.

די ברעג-ליניע איז די דינאמישע גרענעץ וואו לאַנד טרעפט ים, און ענדערט זיך כסדר צוליב כוואַליעס, גאותן, שטורעמס און ים-שפּיגל העכערונג. אומגעפער 24% פון זאַמדיקע ברעג-ליניעס איבער דער וועלט ציען זיך צוריק מיט א גיכקייט וואָס איז העכער 0.5 מעטער פּער יאָר, און אין עטלעכע געגנטן, ווי צום ביישפּיל די יו. עס. גאָלף ברעג, איז די יערלעכע עראָזיע-געצייַגונג אפילו גרעסער ווי 20 מעטער.

פאָרויסזאָגן ענדערונגען אין די ברעג איז אין זיך שווער און קאָמפּליצירט, און דאַרף באַטראַכט ווערן די צוזאַמענשפּיל פון קייפל פאַקטאָרן, אַרייַנגערעכנט כוואַליע ענערגיע, סעדימענט טראַנספּאָרט, און ים שטאַפּל העכערונג. גענויע פאָרויסזאָגן איבער לאַנגע פּעריאָדן זענען נאָך מער אַרויסרופן.

מאָדערנע קאָוסטליין פּראָגנאָז מאָדעלן קענען צעטיילט ווערן אין דריי קאַטעגאָריעס: איינע איז באַזירט אויף פיזישער סימולאַציע, ווי Delft3D און MIKE21 באַזירט אויף פליסיק מעכאַניק און סעדימענט טראַנספּאָרט גלייכונגען; איינע איז אַ כייבריד מאָדעל וואָס קאַמביינז פיזישע פּרינציפּן מיט דאַטן-געטריבן מעטאָדן, ווי CoSMoS-COAST און LX-Shore; און די אַנדערע איז אַ דאַטן-געטריבן מאָדעל וואָס פאַרלאָזט זיך גאָר אויף סטאַטיסטישע אָדער מאַשין לערנען טעקניקס, ווי LSTM נעטוואָרקס און טראַנספאָרמער אַרכיטעקטורן.

טראָץ דער ברייטער פאַרשיידנקייט פון מאָדעלן, האָט אַ מאַנגל פון איינהייטלעכע עוואַלואַציע קריטעריאַ געמאַכט פאָרשטעלונג פאַרגלייַכן שווער. וועלכע מאָדעל אָפפערס די מערסט פּינטלעכע פאָרויסזאָגן? די ShoreShop2.0 בלינד טעסט קאָנקורס גיט אַ גאנץ געלעגנהייט פֿאַר קראָס-דיסציפּלינאַרע פאַרגלייַכן.

די ShoreShop2.0 אינטערנאציאנאלע בלינדע טעסט קאנקורענץ איז א שטארק שטרענגע פארעם פון וויסנשאפטלעכער קאלאבאראציע. באטייליקטע טימס ווערן נאר אינפארמירט וועגן דעם טעסט ארט, וואס איז א קאוד נאמען פאר א בוכטע אדער ברעג. וויכטיגע אינפארמאציע ווי זיין לאקאציע און אמת'ער נאמען ווערן באהאלטן כדי צו פארמיידן אז פריערדיגע וויסן זאל נישט איינפלוסן מאדעל קאליבראציע. דערצו, די דאטן ווערן געהאלטן קאנפידענציעל אין סעקציעס, מיט דאטן פון 2019-2023 (קורץ-טערמין) און 1951-1998 (מיטל-טערמין) וואס ווערן באוואוסטזיניק צוריקגעהאלטן. די מאדעלן פארזאגן דאן קורץ- און מיטל-טערמין ברעג-ליניע ענדערונגען, און באשטעטיגן זייער גענויקייט מיט די קאנפידענציעלע דאטן. די דאזיקע פלאן ערמעגליכט קראָס-דיסציפלינערי פארגלייכן פון ברעג-מאדעלן אונטער גאָר אומבאַקאַנטע באדינגונגען.

פיר און דרייסיק פארשונגס-גרופּעס פון 15 לענדער האָבן אַריינגעגעבן מאָדעלן, אַרייננעמענדיג 12 דאַטן-געטריבענע מאָדעלן און 22 כייבריד מאָדעלן. די גרופּעס זענען געקומען פון אינסטיטוציעס אין די פאַראייניקטע שטאַטן, אויסטראַליע, יאַפּאַן, פֿראַנקרייַך און אַנדערע לענדער. אָבער, די אַריינגעגעבענע מאָדעלן האָבן נישט געהאַט קיין קאמערציעלע מאָדעלן ווי GENESIS און די פיזיק-באַזירטע מאָדעלן Delft3D און MIKE21.

א פארגלייך האט געוויזן אז די בעסט-פארשטעלונג מאדעלן פאר קורץ-טערמין, פינף-יעריגע פאראויסזאגונגען זענען געווען CoSMoS-COAST-CONV_SV (היבריד מאדעל), GAT-LSTM_YM (דאטן-געטריבן מאדעל), און iTransformer-KC (דאטן-געטריבן מאדעל). די מאדעלן האבן דערגרייכט רוט מיטל קוואדראט עררארן פון בערך 10 מעטער, פארגלייכבאר צו די אינהערענטע ערראר פון 8.9 מעטער אין סאטעליט ווייט-דעטעקטינג בארטן דאטן. דאס ווייזט אז פאר געוויסע ברעגעס, די מאדעלן'ס פאראויסזאגונג מעגלעכקייטן דערנענטערן זיך צו די גרענעצן פון אבזערוואציאנעלע טעכנאלאגיע. זיכער, אנדערע מאדעלן זענען געווען ביכולת בעסער צו כאפן בארטן ענדערונגען.

אן איבעראשנדיקע דערפינדונג איז געווען אז דער כייבריד מאָדעל האט אויפגעפירט פאַרגלייַכלעך צו דעם דאַטן-געטריבענעם מאָדעל. CoSMoS-COAST-CONV_SV (היבריד מאָדעל) קאָמבינירט פיזישע פּראָצעסן און קאָנוואַלושאַנאַלע אָפּעראַציעס, בשעת GAT-LSTM_YM (דאַטן-געטריבענעם מאָדעל) ניצט אַ גראַף ופֿמערקזאַמקייט נעץ צו כאַפּן ספּיישאַל קאָרעלאַציעס. ביידע מאָדעלן האָבן גוט אויפגעפירט.

אין טערמינען פון מיטל-טערמין פאָרויסזאָגן, די LX-Shore סעריע (היבריד מאָדעלן) גיט די נאָענטסטע פאָרויסזאָגן צו געמאסטענע דאַטן. דורך פאַרבינדן צוזאמען-ברעג און לאַטעראַל סעדימענט טראַנספּאָרט פּראָצעסן, די מאָדעלן האַלטן לאַנג-טערמין פעסטקייט בשעת זיי ווייַזן די מערסט קאָנסיסטענט ריספּאָנסעס צו עקסטרעם שטורעם געשעענישן מיט געמאסטענע דאַטן. פאָרויסזאָגן פון די מאָדעלן ווייַזן אַז אַן איינציקער שווערער שטורעם קען פאַרשאַפן אַ טראַנזיטאָרישע ברעג צוריקציען פון ביז 15-20 מעטער, מיט פולשטענדיק אָפּזוך פּאָטענציעל נעמען צוויי צו דריי יאָר. די CoSMoS-COAST סעריע אָפפערס ויסגעצייכנט פעסטקייט, בשעת אנדערע מאָדעלן קען ליידן פון לאַנג-טערמין דריפט און אָוווער-רעספּאָנס.

מאָדעל רעזולטאַטן ווײַזן אַזדאַטן קוואַליטעטאיז א שליסל לימיטירנדיקער פאקטאר אין מאדעל פאָרשטעלונג. כאָטש סאַטעליט ווייַט סענסינג דאַטן דעקן אַ ברייט געגנט, איז איר צייטווייליקע רעזאָלוציע נידעריק, טיפּיש וועכנטלעך ביז כוידעשלעך, וואָס מאַכט עס שווער צו כאַפּן אַ שנעלע נאָך-שטורעם אָפּזוך. דערצו, דער מאָמענטאַרישער וואַסער ברעג איז אַפעקטאַד דורך כוואַליע לויף און גאות, וואָס פירט צו טראַנזיטאָרישע ערראָרס וואָס קענען ווירקן מאָדעל פאָרויסזאָגן.

די שטודיע האט געפונען אז ספעציאטעמאראלע דאטן גלאט מאכן, ווי צום ביישפיל די נוצן פון שטארקע צוויי-דימענסיאנעלע פילטערינג טעכניקן, קען באדייטנד פארבעסערן מאדעל פערפארמאנס. שפעטער, נישט-בלינדע טעסט מאדעלן וואס זענען אריינגעגעבן געווארן האבן פארקלענערט די דורכשניטליכע טעות מיט 15% דורך אפטימיזירטע דאטן פאר-פראצעסינג.

ראָבוסט 2D סמודינג איז אַן אַוואַנסירטע סיגנאַל פּראַסעסינג מעטאָד ספּעציעל דיזיינד צו פּראַסעסירן ראַש אין קאָוסטליין סאַטעליט דאַטן. אין עסאַנס, עס איז אַן איטעראַטיוו פילטערינג אַלגערידאַם באַזירט אויף וואָגעד קלענסטע קוואַדראַטן, און איז העכסט ראָבוסט צו אַויסלייערז אַזאַ ווי טראַנזיענט כוואַליע ראַש אין סאַטעליט בילדער.

נאך א פאקטאר קריטיש פאר מאדעל פאראויסזאגונגען איז די גענויקייט פון נאענטע ברעג כוואליע דאטן. איצט ליידט כוואליע דאטן פון פארשידענע ערראָרס, אריינגערעכנט ערראָרס אין נאענטע ברעג קאנווערזיע פון ​​גלאבאלע כוואליע רעאנאליז דאטן, בייאַסיז געפֿירט דורך עקסטראַקטירן כוואליע פּאַראַמעטערס ביי די 10-מעטער איזאָבאַט אלא ווי די ברייקינג זאָנע, און די אונטערשאַצונג פון די פּראַל פון עקסטרעם געשעענישן דורך ניצן טעגלעך דורכשניטלעך כוואליע באדינגונגען. די ערראָרס קענען אַלע ווירקן מאָדעל פאראויסזאגונגען.

פֿאַר לאַנג-טערמין פאָרויסזאָגן, פֿאַרלאָזן זיך רובֿ מאָדעלן אויף דעם קלאַסישן בראַוניאַנישן געזעץ צו אָפּשאַצן די ווירקונג פֿון ים-שפּיגל העכערונג. אָבער, דאָס געזעץ נעמט אָן אַן אומענדלעכן און באַלאַנסירטן צושטעל פֿון סעדימענט און איגנאָרירט די ווירקונגען פֿון אָפשאָר סעדימענט טראַנספּאָרט אָדער מענטשלעכע אַקטיוויטעטן, ווי צום ביישפּיל ברעג דערנערונג. דאָס קען פֿירן צו באַדייטנדיקע מאָדעל בייאַסיז.

באַזירט אויף דער גלייכגעוויכט פּראָפיל טעאָריע, גיט בראַוניאַן'ס געזעץ אַ לינעאַרע באַציִונג צווישן ים שטאַפּל העכערונג און ברעג צוריקציען. די טעאָריע שטעלט אַרויס אַז אַ ברעג פּראָפיל האַלט אַ גלייכגעוויכט פאָרעם. ווי דער ים שטאַפּל שטייגט, צווינגט דער וואַקסנדיקער אַקאָמאָדאַציע פּלאַץ דעם גלייכגעוויכט פּראָפיל צו רירן זיך לאַנדווייט צו האַלטן זיין פאָרעם אין באַצוג צו דעם נייעם ים שטאַפּל. דעריבער, שטעלט די טעאָריע אַרויס אַז ווי דער ברעג פּראָפיל רירט זיך לאַנדווייט, ווערט די אויבערשטע ברעג שיכט עראָדירט, און דער עראָדירטער מאַטעריאַל ווערט דעפּאָזיטירט אָפשאָר, וואָס פאַראורזאַכט אַז דער נאָענטער ברעג ים שטאָק זאָל שטייגן, דערמיט האַלטנדיק אַ קאָנסטאַנטע וואַסער טיפקייט. בראַוניאַן'ס געזעץ פאָרויסזאָגט אַז ברעג צוריקציען קען זיין 10 ביז 50 מאָל גרעסער ווי ים שטאַפּל העכערונג, דיפּענדינג אויף דעם שיפּוע פון ​​ברעג.

די שטודיע גיט א באזע פארן אויסקלויבן פאסיגע געצייג באזירט אויף ספעציפישע באדערפענישן. דערצו, דאטן פאר-פראצעסירונג איז קריטיש; געהעריגע דאטן פראצעסירונג קען מאנchmal האבן א גרעסערע ווירקונג ווי דער מאדעל אליין. בויענדיג אויף דער ערפארונג וואס איז באקומען געווארן מיט ShoreShop 2.0, קענען פארבעסערונגען געמאכט ווערן צו סאטעליט און כוואליע דאטן צו פארבעסערן די פאראויסזאגונג גענויקייט. דערצו, די אומקאנטראלירבארע עפעקטן פון קינסטלעך געשטערטע ברעגעס אין לאנג-טערמין פאראויסזאגונגען קענען אויך באדייטנד אפעקטירן פאראויסזאגונג רעזולטאטן. דערצו, דער מאנגל אין באטייליקונג פון קאמערציעלע מאדעלן ווי GENESIS, Delft3D, און MIKE21 איז א באדייטנדע פראבלעם.

​היטער פון דער בלויער גרענעץ: פרענקסטאַר'ס 11-יאָר מיסיע צו באַשיצן אונדזערע אָקעאַנען און קלימאַט

שוין איבער א יארצענדלינג איז פרענקסטאר געווען אין דער שפיץ פון מארינע סביבה'דיגע אויפזיכט, נוצנדיג די מערסטע טעכנאלאגיע און וויסנשאפטלעכע שטרענגקייט צו צושטעלן אומפארגלייכבארע אקעאן און הידראלאגישע דאטן. אונזער מיסיע גייט ווייטער ווי נאר דאטן זאמלונג - מיר זענען די ארכיטעקטן פון א נאכhalטיגער צוקונפט, און מיר געבן די מעגלעכקייט פאר אינסטיטוציעס, אוניווערסיטעטן און רעגירונגען איבער דער וועלט צו מאכן אינפארמירטע באשלוסן פאר אונזער פלאנעט'ס געזונט.