ШІ допомогло виявити 35 кліматичних явищ що регулюють температуру

Дослідник Вілліс Ешенбах провів експеримент з використанням штучного інтелекту для виявлення емерджентних кліматичних явищ, які відіграють ключову роль у терморегуляції планети. Використовуючи техніку «порожнього рядка» з платформою perplexity.ai, він змусив штучний інтелект доповнювати списки погодних явищ, що допомагають регулювати температуру Землі.

Емерджентні кліматичні явища мають особливі характеристики, які відрізняють їх від інших природних процесів. Це системи потоків, далекі від рівноваги, які виникають спонтанно після перетину критичного температурного порогу. Їхні властивості неможливо передбачити на основі властивостей умов, з яких вони виникають. Наприклад, з природи атомів води та повітря неможливо передбачити, що вони можуть спонтанно створювати блискавки.

Ці явища рухаються та діють непередбачувано, часто пов'язані зі зміною фаз та демонструють «перевищення» або гістерезис. Вони мають життєвий цикл від початку до розпаду, а їхні структури виникають з багатьох дрібних взаємодій складових частин.

Дослідник почав з переліку відомих терморегулюючих погодних явищ: грозові бурі, поля перистих хмар, конвекція Релея-Бенара в нижній атмосфері та верхньому шарі океану, циклони, явища Ель-Ніньо та Ла-Нінья, торнадо, пилові вихори. Коли штучний інтелект спочатку запропонував вулканічні виверження, дослідник пояснив, що вулкани не є емерджентними явищами та не мають терморегулюючої природи, оскільки діють незалежно від температури.

Після корекції штучний інтелект запропонував купчасті хмарні поля або купчасту конвекцію. Купчасті хмари формуються, коли поверхневе нагрівання досягає критичного порогу, що призводить до енергійної висхідної конвекції. Цей процес збільшує хмарний покрив та посилює відбиття сонячного випромінювання, охолоджуючи поверхню та стабілізуючи температуру.

Продовжуючи експеримент, дослідник отримав від штучного інтелекту список з тридцяти п'яти різних емерджентних терморегулюючих погодних явищ. Кожне явище має унікальні характеристики виникнення, терморегулюючу функцію та відмінності від інших процесів.

Грозові бурі формуються спонтанно, коли поверхневе нагрівання створює конвективну нестабільність, яка перетинає критичні пороги температури та вологості. Процес нелінійний, коли невеликі зміни умов викликають вибуховий ріст поза межами передбачуваних моделей. Вони вертикально транспортують тепло через висхідні та низхідні потоки, збільшуючи планетарне альбедо через ковадлоподібні хмари. Дощ викликає випарне охолодження поверхні, порушуючи локальне накопичення тепла.

Перисті хмарні поля є самоорганізованими структурами з кристалів льоду, які виникають з хвилеподібних коливань вологості у верхній тропосфері. Їхнє формування залежить від нелінійної динаміки льодоутворення, яка не піддається простому прогнозуванню. Ці хмари затримують вихідне довгохвильове випромінювання та відбивають сонячне світло, створюючи контекстно-залежний чистий ефект.

Конвекція Релея-Бенара виникає спонтанно, коли поверхневе нагрівання перевищує критичні пороги плавучості у шарах рідини. Ця самоорганізація походить від нелінійного зворотного зв'язку між температурними градієнтами та в'язкістю рідини. Конвекційні комірки вертикально змішують тепло в атмосферних та океанічних прикордонних шарах, запобігаючи екстремальним поверхневим температурам.

Циклони є великомасштабними вихорами, які самоорганізуються, коли зсув вітру, вологість та температура поверхні моря перетинають пороги нестабільності. Їхня структура виникає з нелінійного зв'язку океан-атмосфера. Циклони перерозподіляють екваторіальне тепло до полюсів через вітри та викликають випарне охолодження через сильні дощі.

Коливання Ель-Ніньо — Південне коливання виникає нелінійно з зв'язаних зворотних зв'язків океан-атмосфера у тропічному Тихому океані. Події перетину порогів викликають фазові переходи між теплими та холодними станами. Це явище модулює глобальний розподіл тепла, змінюючи океанічні течії, апвелінг та атмосферну циркуляцію.

Торнадо формуються спонтанно, коли суперкомірки грозових бур взаємодіють зі зсувом вітру та конвективною нестабільністю. Їхнє обертання виникає з нелінійної динаміки завихреності. Торнадо швидко змішують тепле поверхневе повітря з прохолоднішим повітрям верхніх рівнів, порушуючи накопичення тепла.

Пилові вихори є самоорганізованими вихорами, які виникають при інтенсивному поверхневому нагріванні, що створює локалізовану термічну нестабільність. Вони піднімають гаряче поверхневе повітря вгору, замінюючи його прохолоднішим повітрям та посилюючи вертикальне змішування.

Серед інших виявлених явищ — коливання Меддена-Джуліана, мусонна циркуляція, морський бриз, шари стратокумулюсних хмар, відбивні тропічні хмарні щити, зона внутрітропічної конвергенції, мезомасштабні конвективні системи, розширення комірки Хедлі, динаміка полярного вихору та багато інших.

Штучний інтелект також надав синтез терморегулюючих мереж, пояснивши, що кліматична стабільність Землі виникає з взаємопов'язаних емерджентних явищ, що діють у різних масштабах. Кожен процес демонструє нелінійну порогову поведінку, де малі впливи викликають непропорційні відповіді, що перерозподіляють тепло. Ця мережа від мікромасштабних пилових вихорів до планетарного масштабу ЕНСО формує саморегулюючу систему, де локальні взаємодії обмежують глобальні температурні екстремуми через взаємодоповнюючі зворотні зв'язки охолодження та нагрівання.

Дослідник зазначив, що багато з цих важливих терморегулюючих явищ або не виникають спонтанно в кліматичних моделях, або взагалі не розглядаються, оскільки мають субсітковий масштаб. Це відкриття може мати важливі наслідки для розуміння кліматичної системи Землі та покращення кліматичних моделей.