Новый подход к снижению выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве
Исследователи из Университета Миннесоты создали первую в своём роде модель с машинным обучением, управляемую знаниями (KGML-ag), для прогнозирования выбросов закиси азота (N2O) из агроэкосистем. Модель в 1000 раз быстрее существующих сложных вычислительных систем и значительно точнее.
Проблема закиси азота
- Закись азота (N2O) — мощный парниковый газ, чей потенциал глобального потепления примерно в 300 раз выше, чем у CO2.
- Антропогенные выбросы N2O (в основном от синтетических удобрений и навоза) выросли как минимум на 30% за последние 40 лет.
- Точная оценка выбросов сложна из-за взаимодействия почвы, климата, культур и методов управления.
Суть разработки: KGML-ag
Модель KGML-ag создана путём интеграции научных знаний из передовой вычислительной модели агроэкосистемы ecosys в алгоритм машинного обучения. Это позволяет преодолеть ограничения «чёрного ящика», характерные для обычного машинного обучения.
Ключевые преимущества модели:
- Высокая скорость: В 1000 раз быстрее традиционных физико-химических моделей.
- Повышенная точность: Превышает точность как исходной модели ecosys, так и «чистых» ML-моделей при проверке на реальных данных.
- Интерпретируемость: Явно учитывает промежуточные переменные (содержание воды и кислорода в почве, уровень нитратов), что объясняет причины выбросов и указывает пути их снижения.
Значение и перспективы
Разработка открывает возможности для:
- Верификации углеродных кредитов за счёт точного, масштабируемого и рентабельного мониторинга выбросов N2O, CO2 и CH4.
- Оптимизации методов земледелия и экологической политики.
- Расширения подхода на прогнозирование выбросов углерода с использованием спутниковых снимков.
Исследование, поддержанное проектом ARPA-E SMARTFARM (Министерство энергетики США), опубликовано в журнале Geoscientific Model Development.
