Океанологи из СПбГУ научили нейросеть определять концентрацию углекислого газа в воде

Учёные Санкт-Петербургского государственного университета разработали инновационную нейросетевую модель, способную точно определять концентрацию углекислого газа в морской воде на основе параметров её состава. Алгоритм прошёл успешное тестирование на данных, собранных в Балтийском море — одном из самых уязвимых водоёмов Европы с точки зрения климатических и антропогенных изменений.

Исследование основывается на принципе оценки парциального давления углекислого газа — ключевого показателя, отражающего степень насыщенности воды CO₂ по отношению к атмосфере. По словам доцента кафедры океанологии СПбГУ Полины Лобановой, в основе модели лежит использование данных освещённости, температуры, солёности, а также глубины перемешанного слоя. Эти параметры, полученные из открытых баз, включая экспедиционные данные SOCAT и спутниковые наблюдения, позволили построить точные карты распределения pCO₂ на всей поверхности Балтийского моря.

Уточняется, что использование искусственного интеллекта помогает восполнять пробелы в измерениях, особенно в труднодоступных или редко мониторируемых районах, таких как прибрежные зоны или заливы в осенне-зимний период. Лобанова подчеркнула, что реалистичность прогнозов нейросети подтверждена соответствием с реальными измерениями, что делает разработку не просто академическим упражнением, а рабочим инструментом для экологического мониторинга.

Выпускница СПбГУ Софья Кузьмина, принимавшая участие в проекте, пояснила, что в основе модели — многослойный перцептрон, который обрабатывает и обобщает информацию, поступающую с различных уровней, избегая при этом переобучения. Модель сначала обучалась на тренировочной выборке, где запоминала зависимости между параметрами среды и значениями pCO₂, а затем проверялась на новой информации, демонстрируя высокую точность предсказаний.

Особое внимание учёные уделили сезонным и многолетним колебаниям показателей, от которых зависит здоровье морской экосистемы. Балтийское море, обладая малой глубиной и слабым водообменом, сильно подвержено закислению и образованию "мертвых зон", вызванных избытком углерода и разложением органики. Новая модель позволяет глубже понять динамику этих процессов и, при масштабировании, может быть применена для мониторинга других чувствительных регионов Мирового океана.

Разработка стала частью масштабной научной работы СПбГУ, одного из старейших и крупнейших научно-образовательных центров страны. В феврале 2025 года, к 300-летию университета, состоялась церемония передачи университетского флага с борта МКС, символизирующая научные достижения, устремлённые в будущее.