Un nuovo studio guidato dalla ricercatrice del CMCC Marie-Lou Bachèlery sfrutta le potenzialità dell’intelligenza artificiale per prevedere con fino a 3 mesi di anticipo gli eventi estremi
L’Atlantico tropicale ospita alcuni degli ecosistemi marini più ricchi al mondo, tra cui il sistema di risalita Angola-Benguela lungo la costa occidentale dell’Africa. Questa particolare regione, caratterizzata da intense dinamiche di risalita, supporta un ecosistema marino diversificato e sostiene i mezzi di sussistenza delle comunità di pescatori locali, con impatti anche su nazioni lontane.
Tuttavia, questi ecosistemi si trovano a dover affrontare sfide crescenti a causa di eventi climatici estremi come gli eventi di Atlantic Niño e Benguela Niño – anomalie di riscaldamento o raffreddamento delle acque oceaniche che alterano i modelli di precipitazione, la vita marina e la produttività della pesca.
“La sola pesca intensiva non può spiegare le fluttuazioni che si stanno manifestando negli stock ittici. Anche gli eventi estremi climatici stanno giocando un ruolo cruciale. La loro previsione è quindi diventata una sfida scientifica cruciale”, ha dichiarato la ricercatrice del CMCC, Marie-Lou Bachèlery, autrice principale dello studio Predicting Atlantic and Benguela Niño Events with Deep Learning, pubblicato su Science Advances.
L’uso dell’IA per previsioni più accurate e affidabili
Per le regioni che dipendono dall’oceano, un sistema di allerta precoce per questi eventi potrebbe fare una grande differenza, rivoluzionando la gestione degli ecosistemi marini e garantendo la sostenibilità a lungo termine delle loro risorse. Per affrontare questa sfida, lo studio esplora il potenziale di tecniche innovative come l’IA e gli algoritmi di deep learning.
Questo uso innovativo dell’IA segna un passo significativo verso previsioni più accurate e affidabili, mettendo in discussione la convinzione di lunga data sull’imprevedibilità degli eventi climatici nell’Atlantico tropicale e getta le basi per l’applicazione di queste metodologie in altre applicazioni.
L’importanza di un’allerta precoce
Il team ha sviluppato una convolutional neural network (CNN), un tipo di algoritmo di deep learning addestrato su 90 anni di dati storici della temperatura dell’oceano. Il modello ha dimostrato un’accuratezza straordinaria, prevedendo questi eventi estremi con un anticipo di 3-4 mesi – fino a 5 mesi per le manifestazioni di picco.
Questo livello di preavviso supera i modelli climatici tradizionali, i quali spesso fanno fatica a catturare le interazioni complesse tra oceano e atmosfera nell’Atlantico tropicale.
“Il nostro modello di deep learning ha identificato segnali precursori sottili che portano a questi eventi di riscaldamento, come onde oceaniche a movimento lento”, ha spiegato Bachèlery. “Apprendendo direttamente dai dati, l’IA ha evitato alcuni degli errori, tra cui i bias e le interazioni mancanti, che si trovano nei modelli climatici globali”.
Uno dei risultati più significativi è stata la previsione accurata degli eventi estremi di Atlantic Niño e Benguela Niño del 2021 – con 4 mesi di anticipo – mentre i modelli tradizionali li hanno mancati interamente.
“Questa è un’innovazione importante: abbiamo introdotto l’IA nella scienza del clima in un modo che non solo migliora le previsioni, ma offre anche una nuova prospettiva per comprendere gli eventi estremi. È un modello che in futuro potrebbe anche essere applicato ad altri fenomeni climatici di difficile previsione”, ha continuato la ricercatrice.
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I prossimi passi
Uno dei prossimi passi sarà lo sviluppo di una piattaforma web per condividere le previsioni, in modo che pescatori, gestori delle risorse marine e pianificatori costieri possano accedere a un sistema di allerta precoce,
“È fondamentale che le nostre previsioni siano allineate con le esigenze di chi dipende dagli ecosistemi marini. Coinvolgendo gli attori locali e adattando le informazioni alle loro necessità, speriamo che queste previsioni migliorino i processi decisionali e aiutino le comunità a prepararsi agli impatti degli Atlantic e Benguela Niño. Vedere la nostra ricerca passare dal mondo accademico a uno strumento utile per la società è incredibilmente gratificante”, ha concluso Bachèlery.
Al CMCC, Bachèlery sta lavorando all’ampliamento dello studio – condotto durante una borsa di ricerca Marie Curie all’Università di Bergen in Norvegia, in collaborazione con NERSC, l’Università di Cambridge e LEGOS in Francia – migliorando ulteriormente il modello e applicandolo alla previsione di altre variabili importanti, come i livelli di ossigeno e la produttività della pesca.
