Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Kopenhagen und der Universität Victoria haben mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI) ein mathematisches Modell entwickelt, das das Auftreten von Monsterwellen vorhersagen kann. Durch die Analyse von Daten aus über einer Milliarde Wellen und 700 Jahren Informationen über Wellenhöhe und Meereszustand haben die Forschenden verschiedene Faktoren wie Meeresbewegungen, Zustand des Meeres, Wassertiefen und bathymetrische Informationen kombiniert, um die Ursachen von Monsterwellen zu identifizieren. Die Studie hat ergeben, dass abnormale Wellen, darunter auch Monsterwellen, die mindestens doppelt so hoch wie die umgebenden Wellen sind, häufig auftreten. Es kommt etwa an einem zufälligen Ort im Ozean jeden Tag zu einer Monsterwelle. Entgegen vorheriger Annahmen steht das Phänomen der “linearen Überlagerung” im Mittelpunkt, bei dem sich zwei Wellensysteme kurzzeitig gegenseitig verstärken. Der von den Forschenden entwickelte Algorithmus kann verwendet werden, um das Risiko von Monsterwellen abzuschätzen und so den Schiffsverkehr sicherer zu machen, indem Unternehmen alternative Routen wählen können. Sowohl der Algorithmus als auch die Forschung sind öffentlich zugänglich, und alle Zwischenberechnungen im Algorithmus sind transparent, sodass er leicht verständlich ist.
Einführung
Dieser Artikel untersucht den jüngsten Durchbruch bei der Vorhersage des Auftretens von Rogue Waves mithilfe Künstlicher Intelligenz. Wissenschaftler von der Universität Kopenhagen und der Universität Victoria haben ein mathematisches Modell entwickelt, das verschiedene Faktoren berücksichtigt, um das Auftreten dieser gefährlichen Phänomene genau vorherzusagen. Dieser KI-basierte Ansatz hat erhebliche Auswirkungen auf die Sicherheit auf See und ermöglicht es Schiffen, potenziell gefährliche Gebiete zu meiden.
Verständnis von Rogue Waves
Rogue Waves, auch bekannt als Monsterwellen oder Riesenwellen, sind abnorm große Ozeanwellen, die signifikant höher sein können als umgebende Wellen. Sie stellen eine ernsthafte Bedrohung für maritime Aktivitäten dar, da sie potenziell schwere Schäden an Schiffen verursachen und Menschenleben in Gefahr bringen können. Das Verständnis der Ursachen und die Vorhersage des Auftretens dieser Wellen sind entscheidend, um die Sicherheit maritimer Operationen zu gewährleisten.
Definition und Merkmale
Eine Rogue Wave wird in der Regel als eine Welle definiert, die mindestens doppelt so hoch ist wie die signifikante Wellenhöhe, also die durchschnittliche Höhe des höchsten Drittels der Wellen in einem bestimmten Gebiet. Diese Wellen können Höhen von bis zu 30 Metern (98 Fuß) erreichen und haben steile, nahezu senkrechte Wände. Sie scheinen oft “aus dem Nichts” zu kommen und können unberechenbar sein.
Ursachen von Rogue Waves
Die von der Universität Kopenhagen und der Universität Victoria durchgeführte Studie brachte neue Erkenntnisse über die Ursachen von Rogue Waves. Im Gegensatz zu bisherigen Annahmen fand die Forschung heraus, dass die häufigste Ursache für Rogue Waves das Phänomen der “linearen Superposition” ist, bei dem zwei Wellensysteme kurzzeitig miteinander interagieren und sich verstärken. Andere Faktoren wie Meeresströmungen, Wellenzustand, Wassertiefen und bathymetrische Informationen tragen ebenfalls zur Bildung dieser Wellen bei.
Vorhersage von Rogue Waves
Der Durchbruch bei der Vorhersage von Rogue Waves beruht auf dem Einsatz Künstlicher Intelligenz und einem umfassenden mathematischen Modell. Die Forscher nutzten umfangreiche Daten von über einer Milliarde Wellen, die 700 Jahre an Höhen- und Wellenzustandsinformationen abdecken, um das KI-Modell zu trainieren und seine Vorhersagefähigkeiten zu entwickeln.
Datensammlung und Analyse
Durch die Sammlung und Analyse historischer Wellendaten konnten die Forscher Muster und Faktoren identifizieren, die mit dem Auftreten von Rogue Waves korrelieren. Diese umfangreiche Datensammlung ermöglichte ein genaues Verständnis des Wellenverhaltens und die Identifizierung relevanter Variablen für das Modell.
Mathematisches Modell und KI-Implementierung
Basierend auf ihren Analysen entwickelten die Wissenschaftler ein mathematisches Modell, das die verschiedenen Ursachenfaktoren integriert, um vorherzusagen, wann und wo Rogue Waves wahrscheinlich auftreten. Durch die Einbeziehung von Meeresströmungen, Wellenzustand, Wassertiefen und bathymetrischen Informationen erzeugt der KI-Algorithmus genaue Vorhersagen.
Auswirkungen auf die Sicherheit auf See
Die Möglichkeit, Rogue Wave-Ereignisse vorherzusagen, hat erhebliche Auswirkungen auf die Sicherheit auf See und das Risikomanagement. Durch den Einsatz des KI-gesteuerten mathematischen Modells können Reedereien und maritime Behörden:
Risikoabschätzung
Der von den Forschern entwickelte Algorithmus ermöglicht die Bewertung des Risikos, auf Rogue Waves in bestimmten Gebieten zu treffen. Durch Analyse der Umweltbedingungen und historischer Muster liefert er Einblicke in die Wahrscheinlichkeit, auf einer bestimmten Route diesen gefährlichen Wellen zu begegnen.
Alternative Routen wählen
Gestützt auf das Wissen, das das KI-Modell zur Verfügung stellt, können Schiffe alternative Routen wählen, um Gebiete mit einem höheren Risiko von Rogue Waves zu vermeiden. Dies ermöglicht eine sicherere Navigation und verringert die Chancen, auf gefährliche Bedingungen zu stoßen.
Verbesserte Notfallmaßnahmen
Die Vorhersage von Rogue Wave-Ereignissen verbessert auch die Vorbereitung auf Notfälle. Maritime Behörden und Rettungsteams können frühzeitig alarmiert werden, was schnellere und effektivere Interventionen bei Vorfällen mit Rogue Waves ermöglicht.
Transparenz des Algorithmus
Ein weiterer Vorteil des von den Forschern entwickelten KI-Algorithmus ist seine Transparenz. Alle Zwischenberechnungen innerhalb des Algorithmus sind transparent, sodass die Vorhersagen des Modells leicht verständlich sind. Diese Transparenz erleichtert die Peer-Review, Validierung und die weitreichende Nutzung des Algorithmus in der gesamten Schifffahrtsbranche.
Fazit
Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz und eines mathematischen Modells hat die Vorhersage von Rogue Wave-Ereignissen revolutioniert. Die von Wissenschaftlern der Universität Kopenhagen und der Universität Victoria durchgeführte Forschung bietet wertvolle Einblicke in die Ursachen dieser gefährlichen Wellen. Durch eine genaue Risikobewertung und die Möglichkeit der Auswahl alternativer Routen verbessert der Algorithmus die Sicherheit auf See und mindert die potenziellen Gefahren, die von Rogue Waves ausgehen.
