Los cambios en las masas de agua que se almacenan en los continentes se pueden detectar con la ayuda de satélites. Los conjuntos de datos sobre el campo gravitacional de la Tierra que se requieren para esto, provienen de las misiones de los satélites GRACE y GRACE-FO. Como estos conjuntos de datosSolo incluyen las típicas anomalías de masa a gran escala, no es posible sacar conclusiones sobre estructuras a pequeña escala, como la distribución real de masas de agua en ríos y ramas de ríos. Usando el continente sudamericano como ejemplo, los modeladores del sistema terrestre en elEl Centro de Investigación de Geociencias GFZ, ha desarrollado un nuevo método de aprendizaje profundo, que cuantifica cambios pequeños y grandes en el almacenamiento de agua con la ayuda de datos satelitales. Este nuevo método combina inteligentemente el aprendizaje profundo, los modelos hidrológicos y la Tierra.observaciones de gravimetría y altimetría.
Hasta ahora no se sabe con precisión cuánta agua almacena realmente un continente. Las masas de agua continentales también cambian constantemente, lo que afecta la rotación de la Tierra y actúa como un enlace en el ciclo del agua entre la atmósfera y el océano. Afluentes del Amazonas en Perú, por ejemplo, transportan grandes cantidades de agua en algunos años, pero solo una fracción en otros. Además de las masas de agua de los ríos y otras masas de agua dulce, también se encuentran cantidades considerables de agua en el suelo, la nieve y el subsuelo.reservorios, que son difíciles de cuantificar directamente.
Ahora, el equipo de investigación del autor principal Christopher Irrgang desarrolló un nuevo método para sacar conclusiones sobre las cantidades de agua almacenadas en el continente sudamericano a partir de los datos satelitales de resolución aproximada. "Para la llamada reducción a escala, estamos usandouna red neuronal convolucional, en breve CNN, en conexión con un método de entrenamiento recientemente desarrollado ", dice Irrgang." Las CNN son particularmente adecuadas para procesar observaciones espaciales de la Tierra, ya que pueden extraer de manera confiable patrones recurrentes como líneas, bordes o formas más complejasy características. "
Con el fin de conocer la conexión entre el almacenamiento de agua continental y las respectivas observaciones satelitales, la CNN fue capacitada con datos de simulación de un modelo hidrológico numérico durante el período de 2003 a 2018. Adicionalmente, se obtuvieron datos de la altimetría satelital en la región amazónica.utilizado para la validación. Lo que es extraordinario es que esta CNN se autocorrige y autovalida continuamente para hacer las declaraciones más precisas posibles sobre la distribución del almacenamiento de agua. "Por lo tanto, esta CNN combina las ventajas del modelado numérico conobservación de la Tierra de precisión "según Irrgang.
El estudio de los investigadores muestra que el nuevo método de aprendizaje profundo es particularmente confiable para las regiones tropicales al norte de la latitud de -20 ° en el continente sudamericano, donde se encuentran selvas tropicales, vastas aguas superficiales y también grandes cuencas de agua subterránea.Igual que para la parte occidental del extremo sur de América del Sur, rica en agua subterránea. La reducción de escala funciona peor en regiones secas y desérticas. Esto puede explicarse por la variabilidad comparativamente baja del ya escaso almacenamiento de agua allí, que por lo tanto solo tieneun efecto marginal en el entrenamiento de la red neuronal. Sin embargo, para la región amazónica, los investigadores pudieron demostrar que el pronóstico de la CNN validada era más precisa que el modelo numérico utilizado.
En el futuro, se necesitarán con urgencia análisis y pronósticos regionales y a gran escala del almacenamiento de agua continental mundial. Un mayor desarrollo de modelos numéricos y la combinación con métodos innovadores de aprendizaje profundo asumirán un papel más importante en este, con el fin de obtener una visión completa de la hidrología continental. Aparte de las investigaciones puramente geofísicas, existen muchas otras aplicaciones posibles, como el estudio del impacto del cambio climático en la hidrología continental, la identificación de factores de estrés para ecosistemas como sequías o inundaciones, yel desarrollo de estrategias de gestión del agua para regiones agrícolas y urbanas.
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Materiales proporcionado por GFZ GeoForschungsZentrum Potsdam, Centro Helmholtz . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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