北极的藻类
海冰被认为会阻挡阳光,限制生活在冰下的微观海洋植物的生长, 但在2012年,科学家们在楚科奇海三英尺厚的冰层下发现了大量浮游植物, 阿拉斯加北部. 意想不到的花开, 在冰层下延伸了62英里, 是由阳光透过冰表面融化的水形成的吗.
美国国家科学基金会(National 科学 Foundation)授予马里兰大学(University of Maryl而且)的两名UD研究人员和一名同事三年的荣誉, $201,655拨款用于模拟北极海冰的关键变化,以探测和预测北冰洋大型藻类爆发的生长和运动, 与该地区变暖的气候有关. 这个跨学科的项目结合了人工智能、理论物理学和生物学.
“在过去, 北极冰层下的藻类不会大量繁殖或产生过多的能量,因为这是一种很好的平衡,” 伊凡Sudakow教授。 物理 以及这个项目的首席研究员. “但一旦北极开始以如此快速的规模融化,藻类就会通过这些融化池吸收太阳能, 它增加了冰融化的过程, 把十大电子游艺网站排行的气候系统带到一个临界点."
Sudakow和共同首席研究员 Vijayan Asari的主任。 视觉实验室,正在开发机器学习工具来分析北极海冰数据. Sudakow将利用这些数据建立新的模型来描述浮游生物的动态,并测试融化池转化引发冰下藻类大量繁殖的假设.
nsf资助的项目建立在 Sudakow过去的工作他开发了一个模型,以更好地预测气候变化对北极海冰的影响. 这一发现发表在 新物理学杂志,也得到了关注 科学美国人, 物理世界, Eos 而且 《十大电子游艺网站》杂志.
发明于1920年, Ising模型展示了自然系统是如何以相关方式运作的, 比如显示固体之间的相变, 物质的液态和气态. Sudakow, 谁专门研究物理和生命系统的数学建模, 将与一名本科生研究员合作,开发新的基于ising的模型,以模拟浮游生物动力学的变化.
“像微分方程这样的标准数学方法在这里并没有真正的帮助, 因为它们需要很多参数, 大量的数据, 需要用数值求解,Sudakow说. “十大电子游艺网站排行将使用统计力学, 物理学这一分支的方法, 真正找到一种简单的方法来模拟藻类爆发作为一种关键现象."
缺乏关于冰下浮游植物的专家注释数据是一个问题, 说Asari教授。 电气与计算机工程. 使用半自动算法, 视觉实验室的研究人员正在通过分析来自卫星和飞机的航空图像来创建合成数据,并标记融化池的位置. 然后,他们用标记的数据重新运行程序,以精确地检测和预测这些感兴趣的领域, 根据他们当前的运动特征.
“你将能够探测和识别池塘及其生长, 预测浮游植物生长和移动的动态,Asari说. “这将为机构和当局提供大量信息,以做出适当的决定,阻止藻类的形成和增厚."
Sudakow说,该项目的目标是了解浮游植物之间的相互作用, 海冰, 融化池和全球气候系统,以确定与浮游植物华爆发相关的气候系统中可能的临界点.
“生态系统和气候系统之间联系的一些小变化实际上导致了气候系统状态的大变化,Sudakow说.