以闪电般的速度绘制冰山地图 人工智能比人类快一万倍

以闪电般的速度绘制冰山地图人工智能比人类快一万倍AnneBraakmann-Folgmann是11月9日发表在《冰冻圈》(TheCryosphere)杂志上的这一研究成果的主要作者,她在英国利兹大学攻读博士学位期间开展了这项研究。现在她在特罗姆瑟的挪威北极大学工作,她强调了大型冰山在南极环境中的重要性。这张图片由哥白尼哨兵-1号雷达卫星任务拍摄,显示了南极洲西海岸阿蒙森海的冰山。巨型冰山是南极环境的重要组成部分。它们影响海洋物理、化学、生物,当然也影响海上作业。因此,监测冰山范围并量化冰山向海洋释放的融水数量至关重要。利兹大学的研究人员推出了一种神经网络,它能迅速准确地绘制出哥白尼哨兵-1卫星雷达图像中南极大型冰山的范围,完成这项任务仅需0.01秒。这种新颖的方法与之前费时费力的人工操作形成了鲜明对比。图片来源:包含经修改的哥白尼哨兵数据(2015年),由欧空局处理冰山监测的意义"巨型冰山是南极环境的重要组成部分。它们影响海洋物理、化学、生物,当然也影响海上作业。因此,必须确定冰山的位置并监测其范围,以量化冰山向海洋释放的融水量"。哥白尼哨兵-1号雷达任务提供冰山图像,不受云层遮挡和日光不足的影响,在利用人工智能绘制冰山地图的创新方法中发挥着关键作用。在携带类似照相机的仪器的卫星所拍摄的图像中,冰山、海冰和云层都呈现白色,因此很难分辨出真正的冰山。而在大多数雷达图像中,如哨兵一号传回的图像,冰山在较暗的海洋和海冰背景中显示为明亮的物体。哥白尼哨兵-1号携带有先进的合成孔径雷达,以多种专业模式工作,为欧洲的哥白尼计划提供详细的图像。这些数据可用于监测海洋,包括航道、海冰、冰山和漏油等。图片来源:欧空局/ATGmedialab尽管如此,当周围环境复杂时,有时仍很难将冰山与海冰甚至海岸线区分开来。Braakmann-Folgmann博士解释说:"我们有时很难将冰山与周围的海冰区分开来,因为海冰更粗糙、更古老,因此在卫星图像中看起来更明亮。这同样适用于被风吹皱的海洋。另外,较小的冰山碎片经常出现在冰山附近,因为它们的边缘会不断掉落碎冰,很容易被错误地与主冰山归为一类。卫星图像中的南极海岸线可能与冰山相似,因此标准的分割算法往往也会选择海岸线,而不仅仅是实际的冰山。"神经网络能力然而,即使在这些具有挑战性的条件下,新的神经网络方法也能出色地绘制冰山范围图。其强大之处在于神经网络能够理解错综复杂的非线性关系,并将整个图像背景考虑在内。要想有效跟踪冰山面积和厚度的变化(这对了解冰山如何溶解并向海洋释放淡水和养分至关重要),精确定位特定的巨型冰山以进行持续监测至关重要。巨型冰山是南极环境的重要组成部分。它们影响海洋物理、化学、生物,当然也影响海上作业。因此,监测冰山范围并量化冰山向海洋释放的融水数量至关重要。利兹大学的研究人员推出了一种神经网络,它能迅速准确地绘制出哥白尼哨兵-1卫星雷达图像中南极大型冰山的范围,完成这项任务仅需0.01秒。这种新颖的方法与之前费时费力的人工操作形成了鲜明对比。资料来源:利兹大学这项研究中引入的神经网络能够非常熟练地识别出每张图像中最大的冰山,而不像其他方法,后者经常会选择附近稍小的冰山。神经网络的架构基于著名的U-net设计。该系统使用哨兵-1拍摄的各种环境下的巨型冰山图像进行了细致的训练,并以人工绘制的轮廓作为目标。在整个训练过程中,系统不断改进其预测结果,并根据人工得出的轮廓与预测结果之间的差异调整其参数。当系统达到最佳性能时,就会自动停止训练,以确保其适应性和在新示例上的成功。研究成果和影响该算法已在七座冰山上进行了测试,面积从54平方公里到1052平方公里(21平方英里到406平方英里)不等,分别大致相当于瑞士伯尔尼市和香港的面积。我们编制了一个多样化的数据集,每个冰山包含15至46幅图像,时间跨度为2014-2020年的不同季节。为确保数据集的多样性,每个冰山每月使用一张哨兵-1图像。结果令人印象深刻,准确率达到99%。Braakmann-Folgmann博士补充说:"能够以更快的速度和更高的精度自动绘制冰山范围图,将使我们能够更轻松地观测几座巨型冰山的冰山面积变化,并为实际应用铺平道路。"欧空局的马克-德林克沃特(MarkDrinkwater)指出:"当然,卫星对于监测变化和了解远离人类文明的过程至关重要。这一新的神经网络使定位和报告冰山范围这一人工和劳动密集型任务实现了自动化。我们祝贺该团队引入了这种创新的机器学习方法,以实现一种强大而准确的方法来监测脆弱的南极地区的变化"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396019.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1396019.htm

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哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:欣赏南极洲的万圣节裂缝

哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:欣赏南极洲的万圣节裂缝哥白尼哨兵2号拍摄的南极洲的万圣节裂缝图像。该图像拍摄于2022年10月25日。图中包含经过修改的哥白尼哨兵数据(2022年),由ESA处理,CCBY-SA3.0IGO万圣节裂缝目前是稳定的,与布鲁特冰架更不稳定的尖端相邻。冰架的这个尖端被悬空了--它现在只被切开冰架西部和剩余东部的长裂缝北端约600米(2000英尺)长的一条狭窄的冰带固定住。利用哥白尼哨兵一号任务的雷达图像,这个动画显示了从2016年9月到2019年10月中旬的两条冰裂缝的演变。向北延伸的大裂缝被称为裂缝1,而向东延伸的裂缝被称为万圣节裂缝。图像来源包含修改过的哥白尼哨兵数据(2016-19),由ESA处理,CCBY-SA3.0IGO如果这个潜在的断裂点最终让位,预计将产生一个约1750平方公里(675平方英里)的巨大冰山。为了比较大小,这大约是罗德岛州面积的三分之二,或者是马耳他面积的五倍以上。由于冰架是浮动的,当它们形成冰山时,这些冰山实际上并没有增加海平面的上升。然而,冰架对陆地上的冰川流向大海的速度起到了制动作用。由于气候变化,南极洲的冰架正在减弱,导致更多的陆地冰块最终进入海洋的风险更大。这将因此增加海平面上升,这可以说是比万圣节更可怕的事情。由具有不同观测能力的卫星进行的常规监测为像南极洲这样的偏远地区发生的事件提供了前所未有的视角,以及冰架如何应对冰层动力学、空气和海洋温度的变化。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331659.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1331659.htm

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人工智能通过分析雷达数据帮助科学家追踪冰山就在上周,世界上最大的冰山A23a(其面积是大伦敦地区的两倍多)在搁浅近三十年后才从海底挣脱出来,正在南极海洋向北漂浮。与此同时,成千上万个较小的冰山不断从南极冰架崩解并飘入大海。所有这些冰山的影响不仅仅是对航运造成危害。随着几十年的融化,它们释放出寒冷的淡水和营养物质,这些水和营养物质可以改变当地的生态以及海洋环流的复杂动态、海冰的破裂,甚至全球海平面。问题在于,所有这些像巨大的薄荷冰镇酒一样漂浮的冰块数量如此之多,并且以如此混乱的方式移动,以至于很难识别它们,更不用说追踪它们了。为了解决这个问题,艾伦图灵研究所资助的一组科学家一直在使用欧空局Sentinel-1卫星的合成孔径雷达(SAR),该雷达可以在任何天气条件下昼夜扫描冰山。雷达数据并不新鲜,但使用无监督的人工智能算法来分析2019年10月至2020年9月收集的读数,该读数在南极洲西部阿蒙森海海湾思韦茨冰川崩解前缘中识别出近30,000个面积约为1平方公里(0.4英里²)或更小的冰山。研究人员希望通过准确探测和跟踪冰山,有可能开发出南极海洋的数字孪生体,从而更好地了解海洋、冰和大气如何相互作用的复杂物理现象。英国南极调查局(BAS)人工智能实验室的本·埃文斯(BenEvans)表示:“我们用于开发该工具的技术已广泛用于医学成像,因此我们很高兴能够将相同的技术应用于极地海洋SAR卫星图像中看到的复杂特征。我们使用的方法与其他替代冰山检测方法一样准确,并且性能优于大多数方法,无需人工输入。这意味着它可以轻松扩展到我们的研究区域之外,甚至提供近乎实时的监控。”该研究发表在《环境遥感》上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400599.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1400599.htm

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世界最大海底冰山沉寂数十年后“拔锚起航”2023年11月28日,NASA的Terra卫星上的MODIS(中分辨率成像分光仪)获取了这张冰山图像,此时距离冰山从菲尔希纳冰架(位于更大的龙恩冰架以东)破裂已经过去了37年。这一天,冰山漂流到南极半岛顶端的几个岛屿附近,距离它的诞生地大约1700公里(1000英里)。这座冰山于1986年脱离菲尔希纳大陆架,很快就卡在了威德尔海南部的海底。几十年来,冰山一直停泊在距离冰架约200公里(120英里)的地方。从上图中可以看到美国国家冰雪中心自2011年以来提供的数据所绘制的冰山路径图。请注意,在洋流和风的冲击下,冰山最初的轨迹就像一个圆球。尽管受到这些力量的影响,A-23A还是基本上停留在原地。2020年代初,可能是由于水线以下的融化作用,这块冰山开始脱离海底。到2023年3月,它自由地漂浮在其他大型冰山旁边。从那时起,它就在一年中较温暖的月份里顺着威德尔海环流(一种顺时针旋转的洋流,将威德尔海西部的冰山推向北方)漂流。美国国家冰雪中心的数据显示,截至2023年11月24日,这座冰山的面积约为4300平方公里(1700平方英里)。这使它成为目前世界海洋中最大的冰山。更大的冰山来来去去。例如,冰山A-68和A-76分别在2017年和2021年短暂地夺得过最大冰山的称号,然后就碎裂了。该地区过去的冰山,如A-68A和A-76A最终摆脱了涡旋的顺时针环流,进入了德雷克海峡--南美洲合恩角和南极洲南设得兰群岛之间的湍急水体。从那里,它们通常向北移动到南大西洋,并在该地区较温暖的水域中迅速融化。NASA地球观测站图片,作者:梁万美,使用了NASAEOSDISLANCE和GIBS/Worldview的MODIS数据以及南极冰山跟踪数据库的数据。美国宇航局/JPL-加州理工学院的KarinKirk利用美国宇航局Aqua和Terra卫星提供的MODIS图像制作的Worldview动画。KathrynHansen撰写故事,NASA/UMBC的ChristopherShuman进行图像解读。编译来源:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402599.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1402599.htm

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在过去25年中 南极洲40%的冰架出现体积缩小的现象

在过去25年中南极洲40%的冰架出现体积缩小的现象基于哥白尼哨兵-1号和欧空局CryoSat卫星任务提供的信息,结果表明在过去25年中,南极洲40%的冰架体积缩小,其中西侧冰架因暴露在暖水中而损失更多。图片来源:欧空局/行星视野这项由欧空局地球观测科学为社会服务计划资助的研究以10万张卫星雷达图像为基础,对南极洲冰架的"健康状况"进行了一次重要评估。这些南极大陆冰盖的巨大浮动延伸部分在稳定该地区冰川方面发挥着至关重要的作用,它们起到了支撑作用,减缓了冰流入海洋的速度。因此,南极面临着双重打击--随着冰架变小,冰原上冰的流失速度也在加快。由利兹大学科学家领导的研究小组发现,南极洲周围的162个冰架中有71个体积缩小,向海洋释放了近67万亿吨融水。除了冰架质量下降的问题外,淡水流入海洋还可能对海洋环流模式产生影响。此外,研究小组还发现,南极洲西侧的几乎所有冰架都出现了冰块流失。与此相反,东侧的大部分冰架保持完好或质量有所增加。利兹大学研究员本杰明-戴维森(BenjaminDavison)说:"冰架退化的情况喜忧参半,这与南极洲周围的海洋温度和洋流有关。南极洲的西半部暴露在温暖的海水中,这可能会从下面迅速侵蚀冰架,而南极洲东部的大部分地区目前受到海岸冷水带的保护"。这张南极洲格茨冰架的图片是利用哥白尼哨兵-1号在2023年1月至9月间获取的雷达图像制作的。新的研究发现,南极洲冰架的状况令人担忧:在过去的四分之一个世纪里,这些浮动冰架中有40%的体积明显缩小。图片来源:欧洲航天局南极洲是一块广袤的大陆,西侧海域的洋流和风向与东侧不同,这促使西侧冰架下的海水温度升高。因此,格茨冰架经历了一些最大的冰损失,在25年的研究期间损失了1.9万亿吨冰。其中只有5%是由冰裂解造成的,即大块冰脱离冰架落入海洋。其余则是冰架底部融化造成的。同样,松岛冰架损失了1.3万亿吨冰。其中大约三分之一--4500亿吨--是由于冰崩造成的。其余则是冰架底部融化造成的。相比之下,位于南极洲另一侧、周围水域更冷的阿梅利冰架则增加了1.2万亿吨冰。戴维森博士补充说:"我们预计大多数冰架都会经历快速但短暂的收缩周期,然后缓慢地重新生长。相反,我们看到几乎有一半的冰架正在缩小,而且没有恢复的迹象。"哨兵-1号和ALOS-2号等卫星携带先进的合成孔径雷达,可提供数据绘制不断变化的土地覆盖、地面变形、冰架和冰川图,并可在洪水等灾害发生时帮助应急响应,在危机时刻支持人道主义救援工作。图片来源:欧空局/ATGmedialab利兹大学的安娜-霍格(AnnaHogg)说:"这项研究取得了重要发现。我们通常认为冰架会周期性地前进和后退。相反,我们看到的是由于融化和断裂造成的持续损耗。许多冰架已经严重退化:48个冰架在短短25年间损失了其初始质量的30%以上。这进一步证明,由于气候变暖,南极洲正在发生变化。"卫星是监测偏远极地地区的关键。除了地处偏远之外,极地的冬天还笼罩在一片黑暗之中。在这方面,携带雷达仪器的卫星尤为重要,这些仪器可以"看"穿黑暗,全年提供图像和测量数据。欧空局的地球探索者低温卫星任务致力于精确监测漂浮在极地海洋中的海冰厚度变化,以及覆盖格陵兰岛和南极洲的巨大冰原的厚度变化。图片来源:ESA/AOESMedialab哥白尼哨兵-1号任务是欧洲的主要雷达任务,无论白天还是黑夜,无论天气如何,都能提供图像。欧空局的低温卫星携带一个雷达高度计,用于测量冰层高度的变化,这是计算实际冰量变化所需要的。爱丁堡大学和Earthwave公司的NoelGourmelen指出:"欧空局的CryoSat也是监测极地环境的绝佳工具。它能够精确绘制冰架受下方海洋侵蚀的地图,从而能够准确量化和划分冰架的损失,而且还揭示了这种侵蚀是如何发生的迷人细节"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390983.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1390983.htm

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哥白尼哨兵1号《太空探索地球》系列:密西西比河

哥白尼哨兵1号《太空探索地球》系列:密西西比河密西西比河在规模、生境多样性和生物生产力方面是世界主要河流系统之一。这条河从明尼苏达州北部的伊塔斯卡湖的源头流经美国大陆的中心到墨西哥湾,长2340英里(3766公里)。图中的区域显示了密西西比河跨越路易斯安那州和密西西比州的地方。该图像结合了哨兵1号任务的三次雷达采集,间隔12天,以显示作物和土地状况随时间的变化。图像中明亮的颜色来自于两次采集之间发生的地面变化。其水体包括最右边可见的密西西比河和最左边的卡塔胡拉湖,由于水面将雷达信号从卫星上反射出去,所以显示为黑色。如果我们仔细观察,我们可以看到沿密西西比河行驶的货船。2022年4月7日的船只显示为红色,4月19日的船只显示为绿色,而5月1日的船只显示为蓝色。本期"太空看地球"节目展示了哥白尼哨兵1号的雷达图像,密西西比河是北美洲最长的河流之一。资料来源:欧空局--欧洲航天局图像中的白色区域表示环绕河流的各类植被,包括Kisatchie国家森林--路易斯安那州唯一的国家森林。密西西比河是一个典型的蜿蜒冲积河的例子,其沿途的循环和卷曲留下了蜿蜒的伤痕、断头路和独立的"牛角湖"。密西西比河流域是各种农业活动活跃的场所,河流洪泛区的沉积物获得的营养丰富的土壤支撑着靠近河流及其支流的耕地,图片中的长方形田地是耕地。棉花和大豆的种植在该地区的经济生产中占了很大一部分。哥白尼哨兵1号携带一个先进的合成孔径雷达,在几种专门模式下工作,为欧洲的哥白尼计划提供详细的图像。这些数据将被用于监测海洋等应用,包括航道、海冰和石油泄漏。它还提供数据来绘制不断变化的土地覆盖、地面变形、冰架和冰川,并可用于在洪水等灾害发生时帮助应急反应,以及在危机时期支持人道主义救援工作。资料来源:欧空局/ATGMediaLab哨兵-1A是为哥白尼发射的第一颗卫星--欧盟空间计划的地球观测部分。展望未来,即将发射的哨兵-1C号卫星计划于2023年上半年从法属圭亚那的欧洲太空港搭乘欧空局的织女星-C火箭升空,将继续执行为广泛的服务、应用和科学提供关键的雷达图像的任务。这颗卫星今年夏天在意大利罗马成功地完成了所有的集成测试,现在已经在泰雷兹阿莱尼亚航天公司位于法国里维埃拉的戛纳工厂。它现在将在戛纳接受最后一系列测试,包括在该设施的消声室进行射频性能检查。这张图片也出现在上面嵌入的《来自太空的地球》视频节目中。相关文章:哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:日本最大活火山阿苏山哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:德国莱茵河哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:波恩-德国最古老的城市之一哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:意大利普利亚哥白尼哨兵1号《太空探索地球》系列:新加坡哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:阿拉斯加冰川湾国家公园和保护地哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:巴尔喀什湖-中亚最大的湖泊哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:乌克兰-基辅哥白尼哨兵3号《太空探索地球》系列:巴塔哥尼亚和福克兰群岛哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:加那利群岛的富埃特文图拉和兰萨罗特岛哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:特拉西梅诺湖-意大利第四大湖泊哥白尼哨兵2号《太空探索地球》系列:欣赏南极洲的万圣节裂缝...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331909.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1331909.htm

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