Океаны покрывают более 70% поверхности Земли и играют ключевую роль в регулировании климата. Они переносят тепло, углерод и энергию на огромные расстояния. Однако многие важные процессы происходят на сравнительно малых масштабах — десятки километров и меньше — и до сих пор плохо поддавались прямому наблюдению со спутников. Новый инструмент на основе искусственного интеллекта под названием GOFLOW меняет эту ситуацию.
Систему разработала международная группа учёных под руководством исследователей из Университета Тель-Авива, Института океанографии Скриппса (Калифорнийский университет в Сан-Диего), Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета Род-Айленда. Работа опубликована в журнале Nature Geoscience.
Как работает GOFLOW
GOFLOW (Geostationary Ocean Flow) анализирует серии инфракрасных снимков температуры поверхности моря, которые делают уже существующие геостационарные метеорологические спутники. Эти аппараты снимают океан с высокой частотой — иногда каждые пять минут. Искусственный интеллект отслеживает, как температурные узоры на поверхности сгибаются, растягиваются и перемещаются от кадра к кадру, и по этим изменениям восстанавливает горизонтальные течения.
Нейросеть предварительно обучали на детальных компьютерных моделях океанической циркуляции. Благодаря этому алгоритм научился связывать видимые температурные паттерны с реальными потоками воды. В отличие от прежних методов, GOFLOW не опирается на жёсткие физические допущения и способен улавливать более сложные и тонкие движения.
Что удалось увидеть
В районах вроде Гольфстрима система выявила мощные динамические процессы на масштабах меньше 30 километров. Эти явления сопровождаются резкими перепадами температуры и сходимостью потоков. Они связаны с вертикальным перемешиванием воды, подъёмом или опусканием водных масс и влияют на обмен теплом и газами между океаном и атмосферой.
Традиционные спутниковые методы, основанные на измерении высоты поверхности моря, дают данные примерно раз в десять дней и сильно сглаживают мелкие детали. GOFLOW строит карты с часовым разрешением и показывает гораздо более тонкую структуру течений, включая небольшие вихри и пограничные слои. Результаты хорошо совпали с измерениями, полученными с кораблей в районе Гольфстрима в 2023 году.
Почему это важно для климата
Мелкомасштабные течения и вертикальное перемешивание влияют на интенсивность штормов, развитие морских волн тепла, распространение загрязнений и способность океана поглощать углекислый газ из атмосферы. Возможность измерять эти процессы напрямую, а не только моделировать их, открывает путь к более точным климатическим прогнозам и лучшему пониманию экстремальных явлений.
«Океан — один из центральных компонентов климатической системы Земли, но большая часть процессов, которые им управляют, происходит на малых и быстрых масштабах, которые очень трудно измерить напрямую, — говорит профессор Рой Баркан (Roy Barkan) из Университета Тель-Авива. — С помощью GOFLOW нам впервые удалось извлечь из спутниковых данных динамическую информацию, которая раньше была недоступна».
Поскольку система использует уже работающие спутники, ей не требуется новая дорогостоящая инфраструктура. Ограничением пока остаётся облачность, но исследователи планируют расширять подход за счёт данных других аппаратов. Код и продукты данных сделаны публично доступными.
GOFLOW даёт учёным возможность буквально увидеть «невидимые» механизмы, которые связывают океан с атмосферой и климатом планеты. В эпоху ускоряющихся климатических изменений такая детализация становится особенно ценной.
