NASA destekli TACLS, GNSS uyduları ve machine learning kullanarak sel uyarılarını hızlandırıyor

Uyarıları geride bırakan sel

9 Haziran sabahı Laura Lin, Kentucky sınırına yakın, Indiana'daki küçük bir kasaba olan Lanesville'deki evinde görüntülü görüşme yaparken ahırından parçaların bahçeye doğru sürüklendiğini fark etti. Çocuklarını uyandırdı ve hemen ayrıldı; aile bir komşunun yanına sığındı. The Verge'a anlattığına göre, sakinlerin çatılarına çıkmaları yönündeki resmi mesajlar ancak kasabanın büyük kısmı sular altında kaldıktan sonra geldi. Lanesville, sadece birkaç saat içinde 8 inçten fazla yağış aldı; bu, şiddetli yağış sayılan miktarın çok ötesindeydi.

Onun deneyimi, The Verge'ın bu zamanlama açığını kapatmak için geliştirilen yeni bir yazılım hakkında haberini çerçeveliyor.

TACLS ne yapıyor

Sistemin adı Transient Artifact and Continuous Learning System, yani TACLS. UC San Diego, National Weather Service ve NASA bilim insanları tarafından, NASA'nın Earth Science Technology Office'inin Advanced Information Systems Technology programı üzerinden sağlanan finansmanla geliştirildi. Uydu verilerini machine learning ile birleştirerek şiddetli yağıştan gerçekten tehlikeli bir ani sele dönüşme riski taşıyan yerleri işaret ediyor ve NWS tahmincilerinin ne zaman uyarı vereceklerine karar vermelerine yardımcı oluyor. The Verge'a göre TACLS şu anda yalnızca Kaliforniya'yı kapsıyor, ancak ABD ve bölgelerindeki 122 NWS hava tahmin ofisinin tamamında kullanıma açılması planlanıyor.

Sel uyarıları bugün nasıl çalışıyor

Tahmin ofisleri halihazırda çeşitli araçlara yaslanıyor: yağış ve dere ölçerler, hava radarı ve uydular, ayrıca yerel toprak tiplerinden ve yamaç eğimlerinden türetilen ani sel rehber eşikleri. Kaliforniya'daki Oxnard NWS ofisinde kıdemli servis hidrologu Jayme Laber, The Verge'a bu ölçüm ağının dengesiz olduğunu, çöllerin ve seyrek nüfuslu alanların diğer yerlere göre çok daha seyrek kapsandığını söyledi.

Uyarılar üç seviyede geliyor. 12 ila 48 saat önceden verilen watch, ani selin olası olduğunu bildirir ve acil durum ekiplerine kum torbası istif etme, bariyer kurma ve tahliye planlarını gözden geçirme zamanı tanır. Advisory, ne hayatı ne de mülkiyeti tehdit eden düzeydeki sorun yaratıcı selleri kapsar. Warning ise en ciddi seviyedir ve birinin ayaklarından savrulabileceği durumları tanımlar. NWS, altı saatten kısa sürede gelişen bir seli ani sel olarak sınıflandırır.

Sınırlamalar yapısal, diye açıkladı The Verge'a TACLS proje lideri ve Scripps Institution of Oceanography'de araştırma jeodezistı olan Yehuda Bock. NWS uyduları karalar üzerinde değil okyanuslar üzerinde daha fazla ayrıntı çözümleyebiliyor ve yağışı gerçekleştiği anda izlemek neredeyse hiç ön süre kazandırmıyor, çünkü yağış yağdığında olay çoktan başlamış oluyor.

Sinyal gecikmeleriyle nem ölçümü

TACLS, normalde deprem tahminiyle ilişkilendirilen bir uydu ve yer sensörü ağı olan Global Navigation Satellite System, yani GNSS'ten yararlanıyor. Bock, su buharının GNSS uyduları ile yer istasyonları arasındaki sinyalleri yavaşlattığını, dolayısıyla gecikmenin büyüklüğünün atmosferin ne kadar nem taşıdığını ortaya koyduğunu belirtiyor. Kullanılabilir su buharı ölçümü, tahmincilerine bir fırtına oluşurken gökyüzünde neler olduğuna dair gerçek zamanlı bir görünüm sunuyor ve bunu hava modellerinin öngördüğüyle karşılaştırabiliyorlar. Laber, bu karşılaştırmanın ekibin uyarı karar sürecinde daha iyi kararlar vermesine yardımcı olduğunu söyledi.

Machine learning katmanı

Ham nem verisinin yine de yorumlanması gerekiyor. UC San Diego doktora öğrencisi Bhavik Chandna, modeli oluşturmak için yaklaşık bir yıl harcadı; zamanla gelişen hava desenlerine, örneğin oluşmakta olan fırtınalara çok uygun bir yaklaşım olan long short-term memory mimarisini kullandı. Model, yıllarca birikmiş GNSS atmosfer ölçümleri ile atmosferik nehirler, yağış ve geçmiş ani sel uyarısı kayıtları üzerinde eğitildi; böylece hem bir fırtına gelişirken nemin nasıl değiştiğini hem de koşulların uyarı vermeyi hak edip etmediğini öğreniyor.

Projenin dışındaki araştırmacılar gerçekçi olmayı tavsiye ediyor. Projeye dahil olmayan, Texas Üniversitesi Austin şubesi yeryüzü ve gezegen bilimleri bölümünde doçent Joel Johnson, The Verge'a machine learning'in bazı görevleri kötü, bazılarını ise çok iyi yaptığını söyledi.

Neden önemli

The Verge'a göre seller dünya genelinde en ölümcül hava olayı, ABD'de ise ikinci en ölümcül olay. Sadece 6 inç hızlı akan su bir yetişkini devirebilir, bir ayak su bir arabayı kaldırabilir, iki ayak su ise kamyon ve SUV'ları hareket ettirebilir. Isınan iklim ABD'de daha aşırı yağışlara yol açarak ani sel ihtimalini artırıyor; bunun bir örneği, Ağustos'ta bir buzul çökmesinin ardından Nepal'de yaşanan ölümcül sel. NWS San Diego ofisinde bilim ve operasyon sorumlusu Ivory Small, ortaya konulanı özetledi: TACLS olmadan bir bölgeye gelen fırtına bazı insanları öldürebilir; TACLS ile ise uyarıyı yayıp bazı insanları kurtarabilirsiniz.