Ежегодно весной смертоносное явление охватывает Восточную Азию. Ученые работают над тем, чтобы лучше предсказывать его влияние на людей.
В конце прошлого марта 2024 люди, живущие в некоторых частях Внутренней Монголии (Китай), увидели, что небо стало мутно-желтым. Жителям велели оставаться дома, поскольку скорость ветра достигла 100 километров в час, а видимость снизилась до 90 метров. На выходных жителей Пекина предупредили о необходимости закрыть окна и принять меры предосторожности, поскольку к городу приближается пыльная буря.
С 1990-х годов китайские ученые провели обширные исследования пыльных бурь и разработали несколько систем прогнозирования. Но проблемы остаются. Ученые хотят более точно предсказать, когда и где будет собираться пыль, сколько ее будет и как изменится пылевая нагрузка. Современные системы всё ещё иногда допускают ошибки.
Исследователи в регионе применяют искусственный интеллект (ИИ) и моделирование климата, чтобы лучше прогнозировать это ежегодное явление. Более точный прогноз мог бы сэкономить десятки миллионов юаней каждый год. Только в первом квартале 2021 года пыльные бури нанесли ущерб на севере Китая на сумму более 30 миллионов юаней (4,15 миллиона долларов), включая ущерб фермам и домам.
Кружащийся рядом
Пыльная буря возникает, когда сильные ветры проносятся над засушливыми районами, такими как пустыни, поднимая частицы пыли с земли в воздух, иногда на высоту до 1500 метров.
Штормы также переносят вместе с пылью бактерии и частицы токсичных металлов, что делает их потенциально опасными для здоровья людей и окружающей среды.
Во время пыльных бурь смертность от сердечно-сосудистых заболеваний увеличивается на 25%, а от респираторных заболеваний – на 18%. По оценкам, потеря воды и питательных веществ в почве, вызванная этими ураганами, может снизить урожайность сельскохозяйственных культур в Монголии до 24%.
Во всем мире 334 миллиона человек страдают от песчаных и пыльных бурь, при этом пустыня Сахара в Африке является крупнейшим источником пыли.
Чэнь Сию, ученый-атмосферник из Китая, живет в Ланьчжоу, городе, расположенном на пороге пустыни Гоби, одного из главных источников пыли в Азии. Ее команда разработала систему раннего предупреждения, которая использует искусственный интеллект для прогнозирования штормов.
ИИ может узнать, как пыльные бури развиваются во времени и пространстве, на основе большого количества данных. У учёных уже есть огромный объем информации о пылевых бурях, включая данные наземных наблюдений, спутниковые данные и прогнозы различных моделей.
В 2021 году Чень и ее команда были одними из первых исследователей в Китае, которые использовали ИИ для разработки систем прогнозирования для Северной и Восточной Азии. Исследователи в Израиле также использовали искусственный интеллект для улучшения прогнозов на Ближнем Востоке.
Команда Чень называет свою систему Dust Watcher. Она может предсказывать время и силу приближающейся пыльной бури ежечасно с точностью до 12 часов в 13 азиатских странах, включая Китай, Пакистан и Таджикистан.
По словам Чень, в ходе пробного запуска в прошлом году Dust Watcher допустила на 13% меньше ошибок, чем модели без искусственного интеллекта.
Команда Чена также планирует превратить Dust Watcher в мобильное приложение, которое позволит общественности легко получать прогнозы пыльных бурь.
Проблемы прогнозирования
По словам Ван Цзифа, физика-атмосферника Китайской академии наук, последствия пыльных бурь особенно серьезны в Восточной Азии из-за густонаселенности региона.
В Восточной Азии пыльные бури часто возникают в пустыне Гоби и распространяются через густонаселенные районы, такие как городской кластер Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй в Китае, Корейский полуостров и Японию.
Чтобы уточнить прогнозы, Цзинь Цзяньбин, ученый-атмосферник из Нанкинского университета информационных наук и технологий в Китае, и его коллеги разработали 48-часовой прогноз, получивший название «Система ассимиляции и прогнозирования пыли» (DAPS).
Ассимиляция данных — это процесс, который динамически объединяет данные наблюдений с расчетами моделей для повышения точности прогнозов. Команда Джина также использовала искусственный интеллект, а именно, несколько моделей глубокого обучения.
DAPS может дать подробные прогнозы, например, о том, как пыль будет распространяться в пострадавших районах и насколько она будет концентрирована, в микрограммовом масштабе. Он охватывает пять стран Восточной Азии: Китай, Монголию, Северную Корею, Южную Корею и Японию.
Изменение климата и пыльные бури
Хотя изменение климата привело к увеличению частоты и интенсивности многих экстремальных погодных явлений во всем мире, его связь с пыльными бурями более сложна.
Согласно исследованию, изменение климата может оказать неожиданное смягчающее воздействие на пыльные бури. Исследователи обнаружили, что уровень пыли снизился в Западной и Южной Азии за последние 20 лет из-за климатического явления, называемого усилением климата в Арктике.
Напротив, в Пакистане пыль не только ухудшила качество воздуха в густонаселенных регионах, таких как Карачи и Лахор, но и значительно изменила характер выпадения осадков в стране. Частицы пыли могут увеличить количество экстремальных осадков.
Учёные считают крайне важным активизировать усилия по борьбе с опустыниванием, такие как посадка деревьев и управление ирригацией, для снижения уровня пыли.