Big Data und künstliche Intelligenz gegen Buschfeuer

Buschfeuer in Australien (Foto: Martin Auldist/ iStock)

In Australien gibt es immer wieder ausgedehnte Brände – nicht nur im Outback, sondern auch in der Nähe dichtbesiedelter Gebiete. Um herauszufinden, wie diese Buschfeuer mit dem Klima zusammenhängen und wie sie sich besser vorhersagen lassen, haben Forscher jetzt ein lernfähiges Analyseprogramm auf "Big Data" zu Bränden und Klimadaten der letzten acht Jahre losgelassen. Das Ergebnis: Alles deutet darauf hin, dass Australien vor einem großen klimatischen Umschwung steht, so die Wissenschaftler. Allein in den letzten fünf Jahren hat sich die wöchentliche Buschfeuer-Häufigkeit um 40 Prozent erhöht.

Gerade wenn es um das Klima und seine Auswirkungen geht, fallen oft ungeheure Datenmengen an, angefangen von täglichen Wetterdaten für tausende von Standorten. Hinzu kommt, dass die Wechselwirkungen im Klimasystem sehr komplex und vielfältig sind, so dass Prognosen nur mit komplizierten Modellen und unter gewaltigem Rechenaufwand möglich sind. Dies gilt auch für die Vorhersage von Buschbränden in Australien. Zwar ist klar, dass eine ungewöhnlich trockene, heiße Klimaperiode die Zahl der Feuer erhöht. Wo aber die Hot-Spots liegen und wie hoch die Feuergefahr auch unter weniger extremen Wetterbedingungen ist, ließ sich bisher aber nur schwer ermitteln. "Aus der jüngsten Geschichte der australischen Buschfeuer geht aber hervor, dass die effektivste Strategie, um Leben zu retten, in einer frühzeitig geplanten Evakuierung und Warnung der Bevölkerung besteht", erklären Ritaban Dutta von der australischen Forschungsorganisation CSIRO und seine Kollegen. Das aber ist nur möglich mit einer entsprechend verlässlichen Vorhersage.

Um die Feuervorhersagen zu verbessern, haben sich die Forscher des Problems mit Hilfe der künstlichen Intelligenz und "Big Data" angenommen. "Unseres Wissens nach ist dies der erste Versuch, ein Ensemble des Deep Learning auf ein so komplexes und aktuelles Klimaproblem Australiens anzuwenden", so die Wissenschaftler. Für ihre Studie nutzten sie sechs mehrteilige neuronale Netzwerke, die sie mit wöchentlichen Satellitenaufnahmen von Brandherden in Australien aus knapp einem Jahr fütterten. Zusätzlich lieferten sie dem Computerprogramm Wetterdaten unter anderem zur Bodenfeuchte, zum Niederschlag, den Temperaturen und der Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Außerdem wurden auch historische Daten zu Klima und Bränden implementiert. Die neuronalen Netzwerke erhielten einen Teil dieser Datenpakete in einer Art Trainingsphase. In dieser lernten sie selbstständig, Zusammenhänge und Muster zu erkennen und entwickelten daraus ein generalisiertes Modell. Diese Modelle wurden dann mit weiteren Datenpaketen auf die Proben gestellt – es galt nun, aus den Daten Vorhersagen für Feuer-Hot Spots zu erstellen.

"Ein großer Klimawechsel"

Die KI-basierte Auswertung ergab zwei Haupt-Aussagen, wie die Forscher berichten. Zum einen ist die Zahl der einzelnen Brände in Australien von noch 3284 pro Woche im Jahr 2007 auf bereits 5484 wöchentliche Brandereignisse im Jahr 20913 angestiegen. "Dies entspricht einer Zunahme der Buschfeuer um 40 Prozent seit 2007", berichten Dutta und seine Kollegen. Besonders stark sei dieser Anstieg seit 2011 zu beobachten, das deute auf eine grundsätzliche Klimaverschiebung in Australien hin. "Australien steht ein großer Klimawechsel unmittelbar bevor", so die Forscher. Zum anderen aber gelang es den neuronalen Netzwerken, aus der Fülle der Daten funktionierende und genaue Vorhersage-Modelle abzuleiten. In dem für 336 Wochen laufenden Test schaffte es die künstliche Intelligenz, Hot-Spots drohender Buschfeuer mit 91-prozentiger Genauigkeit aus den Klimadaten zu prognostizieren, wie die Wissenschaftler berichten.

"Obwohl neue Technologien dabei helfen, die zunehmende Zahl von Buschbränden in Australien einzudämmen, können solche Naturkatastrophen nicht komplett gezähmt werden", konstatieren Dutta und seine Kollegen. "Eine frühe Einschätzung der möglichen Häufigkeit von künftigen Buschfeuern und ein Aufspüren der wahrscheinlichsten Orte solcher Feuer-Hot-Spots können aber eine große Hilfe dabei sein, die Schäden gering zu halten." Mit dem neu entwickelten System lassen sich potenzielle Brandherde immerhin einen Monat im Voraus eingrenzen. Allerdings betonen die Wissenschaftler, dass auch der Mensch eine wichtige Rolle für den Ausbruch von Feuern spielt. Daher sei die Aufklärung der Bevölkerung gerade angesichts des Klimawandels ein wichtiger Teil der Vorbeugung.

Reload-Capcha neu laden Text der identifiziert werden soll

Bitte geben Sie zusätzlich noch den Sicherheitscode ein!

Rubriken

 


Harte Nuss
Rätsel: Berühmte Entdecker gesucht

 

Der Buchtipp

Was kommt dabei heraus, wenn sich Alice nicht ins Wunderland verirrt, sondern in eine Vorlesung über Quantenphysik? Eine Reise als intellektueller und ästhetischer Genuss.

Zu allen Buchtipps


Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der Konradin Mediengruppe