Mit maschinellem Lernen das Lied von Eis und Feuer in der amerikanischen Landschaft enträtseln

Im rauen Gelände im Westen der USA, wo Waldbrände unkontrolliert wüten, entsteht eine überraschende Verbindung zum turbulenten Himmel im Zentrum der USA. Eine aktuelle Studie veröffentlicht In Fortschritte in den Atmosphärenwissenschaften untersucht die faszinierende Beziehung zwischen Waldbränden im Westen und Hagelstürmen in der Mitte der USA.

Im Mittelpunkt dieser bahnbrechenden Studie unter der Leitung von Jiwen Fan, der am Pacific Northwest National Laboratory war und derzeit am Argonne National Laboratory arbeitet, steht die innovative Anwendung von Techniken des maschinellen Lernens (ML), um den verborgenen Zusammenhang zwischen scheinbar unterschiedlichen Phänomenen aufzudecken.

Algorithmen für maschinelles Lernen, darunter Random Forest und Extreme Gradient Boosting, werden eingesetzt, um riesige Datensätze aus zwei Jahrzehnten, von 2001 bis 2020, zu analysieren. Diese ML-Modelle sind darauf trainiert, das Auftreten von großem Hagel in zentralen US-Bundesstaaten auf der Grundlage einer Vielzahl von Variablen vorherzusagen. einschließlich meteorologischer Bedingungen in der Brandregion, Windmuster und Merkmale der Waldbrände selbst.

Durch sorgfältige Analyse und Datenverarbeitung erreichen die ML-Modelle eine bemerkenswerte Genauigkeit, wobei die Vorhersagen teilweise über 90 % liegen. Durch die Identifizierung von Schlüsselvariablen und -mustern enthüllen diese Modelle Korrelationen zwischen Waldbränden im Westen der USA und Hagelstürmen in den zentralen USA und liefern unschätzbare Einblicke in die entfernten Auswirkungen von Waldbränden auf Unwetterereignisse, die Tausende von Kilometern entfernt liegen.

„Wir sind jetzt in der Lage, ein anschauliches Bild der komplizierten Beziehung zwischen Feuer und Hagel in der amerikanischen Landschaft zu zeichnen. Waldbrände im Westen der USA üben einen weitreichenden Einfluss auf die atmosphärischen Bedingungen aus und prägen die Flugbahn schwerer Wetterereignisse, die Tausende von Kilometern entfernt liegen.“ – etwas, woran wir noch nie gedacht hätten“, sagte Dr. Jiwen Fan.

„Meteorologische Variablen wie Westwind, die Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit in der Brandregion sowie die Intensität von Waldbränden erweisen sich als Schlüsselakteure in dieser klimatischen Symphonie.“

Doch inmitten des Wunders der Entdeckung gibt es viele Herausforderungen. Versuche, die tägliche Zahl großer Hagelereignisse vorherzusagen, offenbaren die Komplexität der Launen der Natur und erinnern uns an die Unvorhersehbarkeit von Wetterphänomenen. Während Forscher ihre Modelle weiter verfeinern und sich mit Datenungleichgewichten auseinandersetzen, schreitet die Suche nach einem besseren Verständnis voran.

Der Einsatz von ML-Techniken stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Atmosphärenwissenschaft dar und ermöglicht es Forschern, durch komplexe Datensätze zu navigieren und aussagekräftige Muster zu extrahieren, die herkömmlichen statistischen Methoden möglicherweise entgangen wären.

Mit ML als Leitmotiv begeben sich Wissenschaftler auf eine Reise, um die Geheimnisse der miteinander verbundenen Systeme der Erde zu lüften und den Weg für genauere Vorhersagen und proaktive Maßnahmen angesichts der sich entwickelnden Klimadynamik zu ebnen.