La IA encuentra una fórmula para predecir olas "monstruosas" utilizando datos de 700 años

Las historias sobre olas monstruosas han sido el conocimiento popular de los marineros durante siglos. Pero cuando una ola gigantesca de 26 metros de altura chocó contra la plataforma petrolera noruega Draupner en 1995, los instrumentos digitales estaban allí para capturar y medir el monstruo del Mar del Norte. Era la primera vez que se midió a estas olas y se proporcionó evidencia científica de que las olas oceánicas anormales realmente existen.

Olas "monstruosas" y extremas

Desde entonces, estas olas extremas han sido objeto de mucho estudio. Y ahora, investigadores del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague han utilizado métodos de inteligencia artificial para descubrir un modelo matemático que proporciona una receta sobre cómo (y no menos importante, cuándo) pueden ocurrir estas olas.

Con la ayuda de enormes cantidades de datos sobre los movimientos oceánicos, los investigadores pueden predecir la probabilidad de ser golpeado por una ola monstruosa en el mar en un momento dado.

"Básicamente, cuando llega una de estas olas gigantes, trae muy mala suerte. Son causadas por una combinación de muchos factores que hasta ahora no se han combinado en una sola estimación de riesgo. En el estudio, hemos analizados las variables causales que crean olas gigantes y utilizaron inteligencia artificial para reunirlas en un modelo que puede calcular la probabilidad de formación de olas gigantes", afirma Dion Häfner.

Häfner es primer autor del estudio científico, que ha sido publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Las olas gigantes ocurren todos los días

En su modelo, los investigadores combinaron datos disponibles sobre los movimientos oceánicos y el estado del mar, así como las profundidades del agua y la información batimétrica. Lo más importante es que los datos de las olas se recopilaron de boyas en 158 lugares diferentes alrededor de las costas de EE. UU. y territorios de ultramar que recopilan datos las 24 horas del día. Cuando se combinan, estos datos (de más de mil millones de olas) contienen 700 años de información sobre la altura de las olas y el estado del mar.

Los investigadores analizaron muchos tipos de datos para encontrar las causas de las olas gigantes, definidas como olas que son al menos dos veces más altas que las olas circundantes, incluidas las olas mosntruos extremas que pueden tener más de 20 metros de altura. Con el aprendizaje automático, transformaron todo en un algoritmo que luego aplicaron a su conjunto de datos.

"Nuestro análisis demuestra que ocurren olas anormales todo el tiempo. De hecho, registramos 100.000 olas en nuestro conjunto de datos que pueden definirse como olas gigantes. Esto equivale a alrededor de una ola monstruosa que ocurre cada día en cualquier lugar aleatorio del océano. Sin embargo, "No todas son olas monstruosas de tamaño extremo", explica Johannes Gemmrich, el segundo autor del estudio.

Aplicando la inteligencia artificial

En el estudio, los investigadores contaron con la ayuda de la inteligencia artificial, IA. Utilizaron varios métodos de IA, incluida la regresión simbólica que proporciona una ecuación como resultado, en lugar de simplemente devolver una única predicción como lo hacen los métodos tradicionales de IA.

Al examinar más de mil millones de olas, el algoritmo de los investigadores analizó su propia forma de encontrar las causas de las olas gigantes y las condensó en una ecuación que describe la receta para una ola gigantesca. La IA aprende la causalidad del problema y la comunica a los humanos en forma de una ecuación que los investigadores pueden analizar e incorporar en sus investigaciones futuras.

Fenómeno conocido desde el siglo XVIII

El nuevo estudio también rompe con la percepción común de las causas de las olas rebeldes. Hasta ahora, se creía que la causa más común de una ola monstruo era cuando una ola se combinaba brevemente con otra y le robaba su energía, provocando que una ola grande siguiera adelante.

Sin embargo, los investigadores establecen que el factor más dominante en la materialización de estas olas anormales es lo que se conoce como "superposición lineal". El fenómeno, conocido desde el siglo XVIII, se produce cuando dos sistemas de olas se cruzan y se refuerzan mutuamente durante un breve período de tiempo.

"Si dos sistemas de olas se encuentran en el mar de una manera que aumenta la posibilidad de generar crestas altas seguidas de valles profundos, surge el riesgo de olas extremadamente grandes. Este es un conocimiento que existe desde hace 300 años y que ahora respaldamos con datos ", dice Dion Häfner.

Los datos y modelos predictivos ayudarán a las compañías navieras y plataformas estáticas para predecir las olas gigantes muy adversas.

Referencia

Häfner, Dion et al, Machine-guided discovery of a real-world rogue wave model, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2306275120. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2306275120