Neues KI-Projekt zu Permafrost geht an den Start

Das US-amerikanische Woodwell Climate Research Center hat heute bekannt gegeben, dass es von Google.org, dem philanthropischen Arm des Technologieunternehmens, 5 Millionen US-Dollar an Fördermitteln und ein Stipendium erhalten hat, um die Entwicklung einer neuen, frei zugänglichen Ressource zu unterstützen. Diese wird Satellitendaten und Technologien der künstlichen Intelligenz (KI) nutzen, um das Auftauen des arktischen Permafrosts erstmals nahezu in Echtzeit zu verfolgen.

Da sich die Arktis fast viermal so schnell erwärmt wie der Rest der Welt, taut der Permafrostboden dort schnell auf, was zu weit verbreiteten Bodenabsenkungen und Schäden an der Infrastruktur führt. Dies bedroht die arktische Bevölkerung und setzt große Mengen Kohlenstoff in die Atmosphäre frei. Bisher war eine Echtzeitanalyse des Auftauens aufgrund der begrenzten Möglichkeiten der Fernerkundung und der Analyse von Satellitenbildern nicht möglich. Diese neue Ressource - eine Erweiterung des Permafrost Discovery Gateway (PDG) - wird KI-Technologie einsetzen, um den Datenanalyseprozess zu rationalisieren und die schnelle Identifizierung von Mustern und Trends in Permafrost-Tau-Datensätzen zu erleichtern, die für die Information über Klimaschutz- und Anpassungsstrategien unerlässlich sind.

"Die rechtzeitige Überwachung des Auftauens von Permafrostböden ist entscheidend für die Bewertung der Auswirkungen und die Ergreifung von Maßnahmen, aber die derzeitigen technologischen Grenzen in Verbindung mit der sich schnell verändernden arktischen Landschaft haben uns alle aufgehalten", sagt Anna Liljedahl, Woodwell Climate Associate Scientist und Projektleiterin. "Dieses Projekt wird bahnbrechend sein, indem es die Datenanalyse beschleunigt und völlig neue technologische Möglichkeiten eröffnet, wie wir Wissenschaft in sich schnell verändernden Landschaften betreiben können.“

"Non-Profit-Organisationen haben uns berichtet, dass sie durch den Einsatz von KI ihre Ziele in einem Drittel der Zeit und zur Hälfte der Kosten erreichen", sagt Brigitte Hoyer Gosselink, Director of Product Impact bei Google.org. "Das Auftauen des Permafrostbodens in der Arktis ist ein aktuelles Thema, das die Welt besser verstehen muss, damit wir gemeinsam handeln können. Google.org ist stolz darauf, das Woodwell Climate Research Center bei der Durchführung von Permafrost-Tauanalysen in nahezu Echtzeit zu unterstützen: Eine Arbeit, die jetzt dank fortschrittlicher Technologien wie KI möglich ist."

Die Förderung wird dem Woodwell Climate Research Center im Rahmen der Impact Challenge on Climate Innovation von Google.org gewährt. Dabei handelt es sich um eine Förderung in Höhe von 30 Millionen US-Dollar zur Finanzierung von Großprojekten, die den technologischen Fortschritt im Bereich des Klimaschutzes beschleunigen. Zusätzlich zur finanziellen Unterstützung bietet Google.org Zugang zu Google-Produkten und Unterstützung durch ein Google.org Fellowship, ein Pro-Bono-Programm, das Google-Mitarbeitende – Ingenieurinnen und Ingenieure, User-Experience-Designerinnen und -Designer, Programmmanagerinnen und -manager und andere - mit gemeinnützigen und zivilgesellschaftlichen Organisationen für technische Projekte für bis zu sechs Monate in Vollzeit zusammenbringt.

Das auf drei Jahre angelegte Projekt, das in Zusammenarbeit mit der University of Connecticut, dem National Center for Ecological Analysis and Synthesis, der University of California Santa Barbara, dem National Center for Supercomputing Applications, der Arizona State University, dem Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, der University of Alaska, Fairbanks, und dem Alaska Native Tribal Health Consortium durchgeführt wird, konzentriert sich auf den Aufbau automatisierter Arbeitsabläufe für die Erstellung von Geodaten, auf KI-Modelle, die in der Lage sind, Veränderungen, Muster und Trends sowie umwelt- und klimabezogene Faktoren zu erkennen, sowie auf Tera- bis Petabyte-große Permafrost-Tau-Datensätze.

Die Technologie wird es insbesondere Forschenden, Entscheidungsträgerinnen und -trägern, Communitymitgliedern und anderen interessierten Gruppen und Einzelpersonen ermöglichen, das Auftauen von Permafrostböden im jeweils vergangenen Monat zu untersuchen, saisonale Vorhersagen für das Auftauen von Permafrostböden zu überprüfen, Störungsereignisse auf der Grundlage von Wettervorhersagen vorherzusagen, den Verlust von Kohlenstoff und Infrastruktur durch plötzliches Auftauen von Permafrostböden abzuschätzen und die Form und Größe von Permafrostböden sowie deren Muster in der Landschaft im Laufe der Zeit zu analysieren. Das System wird auch über den Bereich des Permafrost-Tauens hinaus anwendbar sein und es Expertinnen und Experten ermöglichen, die Technologie für andere Forschungsbereiche anzupassen und den Zugang zu wichtigen Klimadaten für eine Reihe von Themen und Regionen der Welt zu erweitern.

"Permafrost wird oft als ein weit entferntes Phänomen im Norden wahrgenommen, hat aber weitreichende Auswirkungen auf die Welt, die noch nicht vollständig verstanden sind. Das Arctic Data Center freut sich darauf, panarktische Permafrostdatensätze zu speichern und mit allen zu teilen, die sie für die wissenschaftliche Forschung nutzen wollen", sagte Matthew Jones, Direktor für Forschung und Entwicklung im Bereich Informatik am National Center for Ecological Analysis and Synthesis, University of California Santa Barbara. "Mit diesen Daten haben wir gemeinsam die Chance, die komplexen und kaskadenartigen Auswirkungen des Permafrosts auf globaler Ebene zu verstehen und den Verlauf von Klimaschutzprogrammen zu beeinflussen.“

"Wir werden die Stärken kommerzieller Satellitenbilder mit einer Auflösung im Submeterbereich und künstlicher Intelligenz nutzen, um georäumliche Kartenprodukte für die gesamte Arktis zu erstellen, die Permafrostlandschaften, Schmelzereignisse und vom Menschen geschaffene Infrastrukturen zeigen", sagt Chandi Witharana, Assistenzprofessorin an der University of Connecticut und Projektpartnerin.

"Wir freuen uns, mit Google.org zusammenzuarbeiten, um die ursprünglich für das Permafrost Discovery Gateway (PDG) entwickelten Tools und Datenpipelines zu verbessern und auf neue Anwendungsfälle auszuweiten. Die Überbrückung der zeitlichen Lücke zwischen der Verfügbarkeit von Fernerkundungsdaten und der Veröffentlichung von Permafrostdaten, wie z.B. der von Chandi Witharana und seinem Team entwickelte panoarktische Polygon-Datensatz für Eiskanten im Submeterbereich, wird Forschenden und Interessenvertreterinnen und -vertretern hoffentlich helfen, das Auftauen des Permafrosts auf panoarktischer Ebene besser zu verstehen. Wir hoffen auch, einige der entwickelten Technologien und Werkzeuge verallgemeinern zu können, so dass mehr Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diese Arbeit nutzen können, um neue Datenpipelines für Permafrost zu entwickeln", sagt Luigi Marini, leitender Forschungssoftware-Ingenieur am National Center for Supercomputing Applications (NCSA).

"Es ist großartig, wenn wir Forschende und Teams wie das Scientific Applications Team des NCSA zusammenbringen können, damit Partnerschaften entstehen, die wissenschaftliche Entdeckungen vorantreiben", sagte Laura Herriott, Associate Director for Research Consulting am NCSA. Herriott ist auch Mitglied des Delta-Führungsteams, Co-PI für das neue DeltaAI-System und Co-PI für das Programm Advanced Cyberinfrastructure Coordination Ecosystem: Services & Support (ACCESS). Die von der National Science Foundation über Delta und ACCESS bereitgestellten Rechenressourcen haben die Entwicklung des panoarktischen Eisrand-Polygondatensatzes unterstützt, der heute veröffentlicht und auf der PDG vorgestellt wird.

"Als Geowissenschaftler und KI-Forscher ist es wirklich aufregend, die Möglichkeit zu haben, modernste Geo-KI zu entwickeln, um die Wissenschaft in der Arktis voranzubringen, über Klimamaßnahmen zu informieren und die Politik zu beeinflussen", sagte Wenwen Li, Professor an der Arizona State University und Projektpartner. "Ich freue mich darauf, mit unserem großartigen Team zusammenzuarbeiten, um physikalisch fundierte, KI-basierte Entdeckungswerkzeuge zu entwickeln, die große räumlich-zeitliche Datenmengen integrieren, um neue Muster und sich schnell verändernde Gebiete zu identifizieren und Vorhersagen über die Dynamik des Permafrosts zu treffen. Das Permafrost Discovery Gateway wird unsere neuen Erkenntnisse und Werkzeuge beherbergen und der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen.“

"Permafrost ist ein zentrales Zahnrad in den komplexen Mechanismen, die die durch den Klimawandel verursachten Umweltveränderungen antreiben - in der Arktis und weltweit. Das Permafrost Discovery Gateway wird die Stärken der raum-zeitlichen Fernerkundung und des maschinellen Lernens kombinieren, um unser Verständnis der Widerstandsfähigkeit und Anfälligkeit des Permafrosts gegenüber dem Klimawandel in der gesamten Landschaft zu verbessern. Als Ökologin und Modelliererin kann ich es kaum erwarten, diese neuen Informationen zu nutzen, um Prognosewerkzeuge für Störungen des Auftauens von Permafrostböden und deren Auswirkungen auf die Landschaft, den Kohlenstoffkreislauf und das globale Klimasystem zu entwickeln", sagt Hélène Genet, außerordentliche Professorin am Institut für Arktische Biologie der Universität von Alaska Fairbanks.

"Permafrost bedeckt einen großen Teil der Landmasse der nördlichen Hemisphäre und sein Verschwinden durch allmähliches Auftauen, aber auch durch schnelles Auftauen und Erosionsprozesse wird wesentlich zum globalen Klimawandel beitragen", sagt Guido Grosse, Leiter der Permafrostforschung am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung und Projektpartner. "Neue georäumliche Methoden und Datenverarbeitungstechniken, die in diesem Projekt in Zusammenarbeit mit Experten aus der ganzen Welt eingesetzt werden, ermöglichen erstmals einen sehr detaillierten Blick auf das Auftauen des Permafrosts und seine Folgen auf pan-arktischer Skala.“

"Die einst gefrorene und widerstandsfähige Arktis verwandelt sich in eine tauende und verletzliche Landschaft. Das Permafrost Discovery Gateway ist eine Ressource, die Gemeinden nutzen können, um auf Daten zuzugreifen, die Auswirkungen des Klimawandels zu erforschen und Ressourcen für eine gesunde Anpassung zu finden", sagte Michael Brubaker, Direktor für Umwelt und Gesundheit der Gemeinden beim Alaska Native Tribal Health Consortium.

Das Projekt wird auch mit der Permafrost Pathways Initiative zusammenarbeiten, die ebenfalls von Woodwell Climate geleitet wird, um genauere, aktuellere und umfassendere Informationen zu liefern. Diese Initiative wird vom TED Audacious Project in Partnerschaft mit der Arctic Initiative der Harvard Kennedy School und dem Alaska Institute for Justice finanziert. "Die Finanzierung durch Google.org wird es uns ermöglichen, die Modellierung des Kohlenstoffs im Permafrost auf eine neue Ebene zu heben, indem wir plötzliches Auftauen berücksichtigen und KI-Lösungen in die Schätzungen des Kohlenstoffverlusts im Permafrost integrieren. So können wir Bedrohungen für die Infrastruktur nahezu in Echtzeit überwachen, zukünftige Risiken abschätzen und Informationen für die Planung bereitstellen, um besser auf Permafrostgefahren in den Gemeinden in Alaska und darüber hinaus reagieren und uns darauf vorbereiten zu können", sagt Liljedahl.

Meldung des Woodwell Climate Research Center: https://www.woodwellclimate.org/woodwell-climate-awarded-5m-google-org-grant-for-use-of-ai-to-track-permafrost-thaw/