Wissenschaftler nutzen ein neues KI-Werkzeug, um Eisberge im Südpolarmeer zu finden. Das ist der erste Schritt, um Forscher in die Lage zu versetzen, den kompletten Lebenskreislauf der meisten Eisberge in der Antarktis anhand Satellitenbildern zu verfolgen. Die Studie wird im Journal Remote Sensing of the Environment veröffentlicht.
Eisberge spielen eine Schlüsselrolle bei der Dynamik der Weltmeere. Beispielsweise setzen Eisberge beim Schmelzen Süßwasser und Nährstoffe im Ozean frei, beeinflussen die Produktivität, Meeresströmungen und die Bildung und das Aufbrechen von Meereis. Eisberge stellen auch eine Bedrohung für Schiffe dar, daher sind aktuelle und exakte Informationen über die Standorte von Eisbergen und deren Größe entscheidend.
Dieser neue Ansatz kann Eisberge in Umgebungen identifizieren, wo es viel Meereis gibt – etwas, das zuvor nicht möglich war. Mit diesem Werkzeug können Wissenschaftler kalbende Eisberge entdecken und sie über ihren gesamten Lebenskreislauf hinweg bis zu ihrer Auflösung verfolgen, was ein vollständigeres Bild der Eisbergdynamiken im Südpolarmeer zeichnet. Forscher werden in der Lage sein, Eisberge in Regionen mit viel Meereis zu überwachen, sowie in der Nähe der Kalbungsorte, wo viele Eisberge dicht an dicht liegen.
Um die Eisberge zu finden, nutzt das Werkzeug Daten des Synthetic Aperture Radar (SAR) an Bord des Satelliten Sentinel-1. Es emittiert ein Mikrowellensignal und misst die Intensität der reflektierten Strahlung. Eisberge sind gute Reflektoren für Mikrowellen aufgrund der Kristallstruktur des Eises und Schnees auf ihrer Oberfläche, so erscheinen sie als starke, helle Signale auf den Satellitenbildern. Die Verwendung von Mikrowellen bedeutet auch, dass diese Bilder tags oder nachts und durch Wolken hindurch aufgenommen werden können, die es über dem Südpolarmeer häufig gibt.
Für die Studie, die vom Alan Turing Institute finanziert wurde, demonstrierten die Forscher die Leistungsfähigkeit des KI-Algorithmus anhand unterschiedlicher Satellitenbilder, die im Zeitraum von zwölf Monaten zwischen Oktober 2019 und September 2020 aufgenommen wurden. Das Werkzeug identifizierte fast 30.000 Eisberge, von denen die meisten mit einer Fläche von einem Quadratkilometer oder weniger relativ klein waren.
Die Forscher wählten die Amundsensee in Westantaktika nahe der kalbenden Front des Thwaites-Gletschers als Zielort für die Studie. Das Gebiet umfasst einen Mix aus offenem Wasser, Meereis und einer hohen Dichte von Eisbergen verschiedener Größen, was es zu einem idealen Testort für das KI-Werkzeug macht. Zu verstehen, wie sich der Westantarktische Eisschild und insbesondere diese Region verändern werden, hat eine hohe Priorität für Wissenschaftler, die daran arbeiten, den zukünftigen Anstieg des Meeresspiegels zu verstehen.
Ben Evans vom AI Lab des British Antarctic Survey (BAS) und Hauptautor der Studie sagte: “Die Technologie, die wir zur Entwicklung dieses Werkzeugs nutzten, wird bereits recht häufig für medizinische Bildgebung verwendet und daher waren wir gespannt, dieselbe Technologie auf die komplexen Strukturen anzuwenden, die man auf SAR-Satellitenbildern der Polarmeere sieht. Die von uns eingesetzte Methode ist so exakt wie die anderen Eisberg-Suchmethoden und leistungsfähiger als die meisten von ihnen, ohne die Notwendigkeit menschlichen Eingreifens. Das bedeutet, sie kann leicht bis jenseits unseres Studiengebiets hochskaliert werden und sogar nahezu Echtzeitüberwachung realisieren.”
Das Kalben von Eisbergen aus dem Eisschild in das Südpolarmeer ist einer der Hauptwege, wie Eis aus dem Antarktischen Eisschild verloren geht. Steigende Kalbungsaktivität könnte daher ein Signal für einen wachsenden Beitrag zum Anstieg des Meeresspiegels sein. Die Forscher hoffen diesen KI-Ansatz zur Identifizierung jeglicher Veränderungen der Anzahl, Größe und Bahnen der Eisberge einzusetzen, was alles Folgen des Klimawandels sind. Das Team analysiert derzeit alle verfügbaren Daten seit dem Start der Sentinel-1-Mission im Jahr 2014.
Scott Hosking, der Vorsitzende des AI Lab und Co-Direktor des Turing Research and Innovation Cluster in Digital Twins am Alan Turing Institute, sagte: “Die Überwachung und Vorhersage, wie viele Milliarden Tonnen Eis in die Weltmeere abschmelzen, sind eine große Herausforderung aufgrund komplexer Physik und der Interaktionen zwischen dem Meer, dem Eis und der Atmosphäre. Wir entwickeln einen digitalen Zwilling von Antarktika, um bei der Integration und der Verbreitung von Daten in unserer Polarinfrastruktur und -werkzeuge zu helfen (von automatischen Unterwasserfahrzeugen bis KI-Modellen), um die Entscheidungsfindung zu unterstützen und Großbritannien an der Speerspitze der Polarforschung zu halten.”
(THK)
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