Stima del volume del ghiaccio dei ghiacciai dell’Asia montuosa tramite apprendimento profondo – Tempo Italia

La sfida di quantificare precisamente il volume del ghiaccio nei ghiacciai del nostro pianeta riveste un’importanza cruciale nella scienza del sistema terrestre. Tale conoscenza non è solo vitale per modellare l’evoluzione dei ghiacciai, ma è anche fondamentale per prevedere l’incremento del livello globale del mare e per valutare le risorse idriche disponibili.

I ghiacciai sono estremamente reattivi ai cambiamenti climatici. A causa del riscaldamento atmosferico indotto dalle attività umane, quasi tutti i ghiacciai del mondo stanno retrocedendo a tassi senza precedenti. Si stima che la fusione dei ghiacciai sia stata responsabile per il 22% dell’incremento del livello del mare osservato tra il 1971 e il 2018, con profonde implicazioni per la popolazione che vive nelle aree costiere.

 

La diminuzione della massa dei ghiacciai ha anche effetti sull’accessibilità all’acqua potabile per una popolazione globale stimata in 1.9 miliardi di persone, che dipendono dall’acqua proveniente dai ghiacciai. Nella regione dell’Himalaya in particolare, la fusione dei ghiacciai rappresenta una minaccia per la sicurezza idrica di più di 1.4 miliardi di persone che dipendono dalle bacini glaciali per l’acqua, aumentando inoltre il rischio di inondazioni devastanti, alimentate da piogge monsoniche sempre più intense. Pertanto, è essenziale migliorare le stime del volume dei ghiacciai in questa regione data l’incertezza sul futuro della disponibilità di acqua dolce, che dipende fortemente dalle traiettorie climatiche future.

 

In uno studio recente, un gruppo di ricercatori ha rivelato che il volume totale del ghiaccio dei ghiacciai nell’Asia montuosa è del 37% superiore rispetto ai valori condivisi precedentemente, sottolineando le difficoltà incontrate con i metodi tradizionali di modellazione dei ghiacciai e la necessità di ricostruzioni del volume del ghiaccio più accurate e meno incerte. Mediante l’uso del progetto ICENET, esploriamo il potenziale dell’enorme quantità di immagini satellitari e dei recenti progressi nelle reti neurali profonde per avanzare la conoscenza del volume del ghiaccio nelle montagne dell’Asia.

 

I sensori remoti montati sui satelliti hanno monitorato silenziosamente l’estensione e i cambiamenti delle superfici ghiacciate della Terra per decenni. I vasti dati prodotti da questi strumenti sono difficili da sfruttare con i tradizionali metodi di analisi, ma rappresentano un terreno fertile per le reti neurali. Tra i dati forniti dai sensori satellitari vi sono quelli relativi all’elevazione della superficie terrestre, inclusi i ghiacciai. Tuttavia, per calcolare il loro volume di ghiaccio, è necessario conoscere la topografia del basamento roccioso, ovvero la distribuzione spaziale dell’elevazione della crosta terrestre nelle regioni ghiacciate. Il nostro modello cercherà di inferire tali topografie del basamento dei ghiacciai.

 

L’approccio utilizzato sfrutta architetture di deep inpainting generativo addestrate su ampie regioni montuose de-glacializzate. Le reti di inpainting sono utilizzate per riempire le parti mancanti all’interno di un’immagine. Nel nostro caso, le immagini di addestramento sono mappe di elevazione di regioni montuose, mentre le parti mancanti, ovvero gli obiettivi della rete, sono rappresentate dalle aree ghiacciate. La rete sarà quindi addestrata a ricostruire le topografie sottostanti dei ghiacciai e, a sua volta, il loro volume per differenza con l’elevazione della superficie.

 

Con i modelli generativi sviluppati nel corso del progetto ICENET, speriamo di ridurre le attuali incertezze sui volumi del ghiaccio nell’Asia montuosa e allo stesso tempo di avanzare la conoscenza della modellazione dei ghiacciai con l’ausilio delle tecniche di intelligenza artificiale.

 

Il team coinvolto proviene da istituzioni di rilievo, quali l’Istituto di Scienze Polari (CNR-ISP, Venezia, Italia), che fa parte del Consiglio Nazionale delle Ricerche italiano, e il Dipartimento di Scienze del Sistema Terra (ESS) presso l’Università della California, Irvine. Queste istituzioni si concentrano sullo studio delle interazioni fra atmosfera, terra e oceani come un sistema integrato e sulla comprensione dei processi fisici che controllano la risposta dei ghiacciai ai cambiamenti climatici, al fine di ridurre le incertezze nelle previsioni future sull’apporto dei ghiacciai al livello del mare a livello regionale e globale.