В наше время наука о Земле меняется на глазах. Благодаря потокам данных со спутников и метеостанций, учёные теперь могут не просто смотреть на отдельные кусочки природы, а создавать полную картину того, как работает вся планета. Это как перейти от пазла с несколькими деталями к огромной мозаике Земли. Но данные такие сложные, что для их разбора нужны суперсовременные инструменты – и здесь на помощь приходят искусственный интеллект (ИИ) и специальные математические методы.

Особенно это важно для изучения, как углерод "путешествует" между воздухом, растениями и почвой. Углерод – основной "виновник" парникового эффекта и глобального потепления. Леса, болота и другие экосистемы действуют как гигантские "пылесосы", впитывая углерод из атмосферы и помогая планете оставаться в балансе. Если мы точно узнаем, сколько углерода они хранят, то сможем лучше бороться с климатическим кризисом. Это напрямую связано с углеродной нейтральностью – целью, когда страна производит ровно столько же вредных газов, сколько поглощает природа. Для России это критично: наши леса – это более 20% мировых "зелёных лёгких", они могут помочь снизить углеродный след (то есть общее количество выбросов CO₂ от промышленности, транспорта и повседневной жизни). В 2025 году, когда мир борется с рекордными пожарами, наводнениями и потеплением, такие проекты становятся не просто наукой, а настоящим спасением. Россия, как один из крупнейших эмитентов CO₂, может стать лидером в зелёной трансформации, привлекая инвестиции и выполняя международные обязательства, вроде Парижского соглашения. Без точной оценки углеродного следа мы рискуем упустить шанс на устойчивое развитие, где экономика растёт, не вредя природе.

Один из шагов в этом направлении – проект учёных из Финансового университета при Правительстве РФ «Интегральная математическая модель на основе ансамблевых методов машинного обучения для оценки запаса углерода в естественных экосистемах России». Команда – преподаватели и студенты кафедры математики и анализа данных, в частности, доцент Аль-Натор Мухаммед Субхи и ассистент Окунева Эвелина Александровна – создала модель для оценки, сколько углерода запасено в российских лесах и экосистемах. Это не абстрактная теория: проект помогает реально измерять углеродный баланс, чтобы правительство могло планировать "зелёные" политики, восстанавливать леса и даже торговать "углеродными кредитами" на мировом рынке. В эпоху, когда климат меняется быстрее, чем ожидалось, такая работа – ключ к тому, чтобы Россия достигла углеродной нейтральности к 2060 году, как планируется.

Учёные объединяют искусственный интеллект (компьютерные программы, которые «учатся» на данных, как мозг на опыте), с методами, учитывающими, как природа связана в пространстве. Для этого берётся несколько видов алгоритмов ИИ, которые работают в команде: каждый смотрит на данные по-своему, а потом их выводы объединяют, чтобы избежать ошибок. Эти алгоритмы анализируют массу факторов, чтобы оценить углеродные запасы:

Погода и климат: температура, дожди, влажность – они определяют, как растения растут и «впитывают» CO₂.

Фотографии со спутников: показатели, которые показывают, насколько густая и здоровая растительность (своего рода «зелёный пульс» Земли).

Форма земли: высота гор, уклоны, изгибы рельефа – это влияет на то, где скапливается вода и питательные вещества.

ИИ даёт быстрый и точный прогноз, но не всегда учитывает, что соседние участки леса похожи друг на друга. Для этого добавляем "пространственную математику": специальные расчёты, которые заполняют пробелы на карте, как художник дорисовывает картину, основываясь на соседних цветах. Это особенно нужно для огромной России, где данные не везде полные.

Модель работает поэтапно: сначала ИИ строит общую картину, потом математика её уточняет. В итоге – надёжные карты, показывающие, где углерод накапливается лучше всего, помогая оценить общий углеродный след страны.

Что влияет на запасы углерода? Главные "игроки" – густота растительности (со спутников), количество осадков и средняя температура. Эти факторы показывают, насколько активно растения "дышат" CO₂ через фотосинтез – процесс, когда они превращают солнечный свет в энергию, попутно очищая воздух. В России это ярко видно: в сибирских и дальневосточных лесах, где прохладно, влажно и люди мало вмешиваются, углерод накапливается веками в почве и деревьях. Эти регионы – настоящие "сокровищницы" углерода, поглощающие миллиарды тонн CO₂ в год и помогая снижать глобальный углеродный след. А в центральных и южных районах, где много ферм и городов, почвы истощаются, и запасы падают. Математика помогла нарисовать точные границы этих зон, подсказывая, где срочно сажать новые леса, чтобы усилить поглощение CO₂ и приблизить углеродную нейтральность.

Чтобы объяснить, как модель работает, учёные используют специальные инструменты, которые "расшифровывают" роль каждого фактора. Это делает ИИ понятным, как открытая книга.

В 2025 году, когда мир фиксирует новые рекорды потепления, такого рода модели – прорыв. Они сочетают "ум" ИИ с реальными законами природы, давая:

Точные расчёты: учитывает сложные связи и «соседские» эффекты в экосистемах, помогая точно измерить углеродный след.

Большой охват: от одного региона до всей России, идеально для нашей огромной страны.

Понятные выводы: чтобы решения по климату были обоснованными, а не «наугад».

Проект актуален как никогда: он может войти в национальные системы мониторинга углерода, где отслеживают, сколько CO₂ мы выбрасываем и поглощаем. Для России это шанс не только снизить углеродный след, но и заработать на "зелёных" технологиях – например, продавая углеродные квоты. На глобальном уровне это вклад в ООН-овские цели по устойчивому развитию. В будущем такие модели превратятся в "цифровые копии" Земли: спутники, прогнозы погоды и ИИ в одной системе, чтобы заранее предупреждать о климатических рисках и помогать достигать углеродной нейтральности.

В итоге, подобные исследования – инструмент для лучшего мира. Россия, с её природными богатствами, может стать примером, как наука помогает природе. Ведь углеродная нейтральность – это не мечта, а реальность, где чистый воздух, стабильная экономика и здоровая планета идут рука об руку.