Блог

Apr 26, 2023

Глубокое обучение помогает в глобальной оценке концентрации пигментов фитопланктона

30 мая 2023 г. Эта статья

30 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Ли Юань, Китайская академия наук

Структура сообщества фитопланктона может отражать изменения в морской среде и помочь нам понять движущие факторы экологической эволюции. Количественное определение концентрации пигментов в фитопланктоне имеет решающее значение для комплексной оценки таксономической классификации и структуры сообщества.

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Ли Сяофэна из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS) добилась прогресса в инверсии глобальных концентраций пигментов фитопланктона с помощью алгоритмов глубокого обучения. Они разработали модель на основе глубокого обучения (модель DL-PPCE) для оценки концентраций 17 различных пигментов фитопланктона во всем мире с использованием спутниковых данных.

Исследование было опубликовано в журнале Remote Sensing of Environment.

Входные данные модели включают параметры цвета океана, параметры окружающей среды, полученные со спутников, а также наклон коэффициента отражения над поверхностью, полученного дистанционным зондированием. Модель была проверена на основе данных высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и оказалась полезной для анализа динамики сообщества фитопланктона в большом пространственно-временном масштабе.

Используя установленную модель DL-PPCE, исследователи провели анализ временных рядов глобальных концентраций пигментов, полученных с помощью спектрорадиометра среднего разрешения (MODIS) за период 2003-2021 годов. Они обнаружили, что во время явления Эль-Ниньо в 2015/2016 году территория, где доминировали прокариоты, простиралась на восток от 180° восточной долготы до 150° западной долготы. С 2003 по 2021 год численность прокариот положительно коррелировала с интенсивностью Эль-Ниньо, но отрицательно коррелировала с численностью всего фитопланктонного сообщества.

Дистанционное зондирование цвета океана позволяет определить поглощение фитопланктоном, которое напрямую связано с концентрацией пигментов. «Однако одновременное извлечение нескольких концентраций пигментов во всем мире является сложной задачей из-за изменчивости оптических свойств морской воды и влияния упаковки на поглощение фитопланктоном», — сказал Ли Сяолун, первый автор исследования.

«В нашем исследовании мы используем новый подход для оценки глобальной концентрации пигментов фитопланктона», — сказал профессор Ли, автор исследования. «Избегая предположений о спектрах поглощения пигментов и используя глубокое обучение, мы установили нелинейные зависимости между переменными дистанционного зондирования и концентрацией пигментов в фитопланктоне. Этот подход обеспечил высокую точность оценки концентрации пигментов».

Больше информации: Сяолун Ли и др., Глобальная оценка концентраций пигментов фитопланктона по спутниковым данным с использованием модели глубокого обучения, Дистанционное зондирование окружающей среды (2023). DOI: 10.1016/j.rse.2023.113628

Предоставлено Китайской академией наук