Метеорологические прогнозы необходимы для руководства повседневной деятельностью различных мировых секторов, таких как авиакомпании, поставщики электроэнергии, фермеры и службы экстренной помощи. Однако эксперты предупреждают, что растущее внедрение искусственного интеллекта (ИИ) в метеорологию в сочетании с ростом рынков ставок, основанных на климатических прогнозах, увеличивает опасность манипулирования данными, используемыми для создания этих прогнозов.
Климатические прогнозы выходят далеко за рамки указания необходимости зонта; они формируют основу для решений, имеющих большое экономическое и социальное значение. Например, фермеры используют эти данные для определения типа культуры, оптимального времени для внесения удобрений, планирования инвестиций в орошение и управления временем выпаса скота на пастбищах.
Энергетические компании зависят от этих прогнозов для принятия решений о местоположении солнечных и ветряных электростанций, а также для установления цен на энергию, торгуемую на оптовом рынке. Кроме того, прогнозы имеют решающее значение для выпуска предупреждений о экстремальных погодных явлениях и активации реагирования на стихийные бедствия. Недавно они приобрели финансовую ценность в новой нише: рынках прогнозов, где люди делают ставки деньгами на реальные события, включая погодные условия.
Возможность получения финансовой прибыли на этих рынках создает сильный стимул к фальсификации метеорологических данных. Прогнозы зависят от точных измерений текущих атмосферных условий, полученных на станциях, расположенных в аэропортах, энергетических объектах, транспортных системах и других точках. Традиционные модели, такие как Weather Research and Forecasting Model (WRF) и Integrated Forecasting System (IFS) Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF), комбинируют эти наблюдения с физическими моделями для прогнозирования будущего атмосферы.
Хотя сбои оборудования или замена приборов могут вызвать временные перерывы в регистрации, такие проблемы обычно выявляются в режиме реального времени или исправляются позже. Традиционные системы используют метод, называемый ассимиляцией данных, который сравнивает каждое новое показание с тем, что предсказывают физические модели, и с данными соседних станций, помогая обнаруживать несоответствия.
Несмотря на существующие защитные механизмы, появились новые угрозы. В начале этого года СМИ сообщили, что метеорологическая станция в аэропорту Шарль-де-Голль в Париже была изменена таким образом, чтобы показать подозрительные пики температуры 6 и 15 апреля. Власти подозревают, что кто-то мог использовать портативный фен или зажигалку для искусственного повышения показаний датчика.
Эта манипуляция привела к крупным выплатам игрокам, которые предсказали температуру 22 °C, поскольку фактическая средняя температура в эти дни составила около 18 °C. Согласно анализу, один из участников получил приз в размере 20 тысяч долларов США (102,5 тысячи бразильских реалов). Этот случай был обнаружен случайно членами французской некоммерческой климатической организации, которые заметили аномалии и предупредили власти.
Авторы отмечают, что изменение данных одной станции относительно легко обнаружить посредством человеческого мониторинга или уже установленных статистических методов. Настоящая проблема возникает в сценарии без человеческого надзора или когда злоумышленник незаметно изменяет записи с нескольких станций одновременно. В этом контексте небольшие индивидуальные изменения могут казаться правдоподобными по отдельности, что затрудняет выявление скоординированных действий.
Еще одно препятствие — фактор времени. Тщательная проверка метаданных и данных может занять часы или дни, в то время как прогнозы должны быть опубликованы в строгие сроки.
Анализ подчеркивает, что постепенное внедрение ИИ в метеорологию делает эту проблему еще более критичной. Так называемые модели, ориентированные на данные, неотъемлемо зависят от качества метеорологических наблюдений. Исследователи ECMWF изучают возможность генерации высококачественных прогнозов непосредственно из необработанных данных, устраняя этап ассимиляции данных, который в настоящее время действует как фильтр качества.
Другие исследовательские группы идут дальше, работая над интеграцией геопространственных данных, включая информацию от метеорологических станций, с большими языковыми моделями и автономными системами ИИ для помощи в принятии решений в режиме реального времени во время штормов и других серьезных явлений. Хотя эти технологии обещают большую оперативность, эффективность и точность, исключение вмешательства человека в процесс расширяет спектр рисков.
Эксперты описывают различные уровни угрозы. Самый простой сценарий включает игрока, который манипулирует метеорологической станцией с целью получения прибыли на рынках прогнозов, как это произошло в аэропорту Шарль-де-Голль. На втором уровне группы финансовых операторов могли бы изменять прогнозы, связанные с производством возобновляемой энергии, чтобы повлиять на цены на оптовом рынке электроэнергии и получить экономические преимущества.
Самый серьезный сценарий предполагал бы, что государство или агент саботажа манипулирует данными одной или нескольких станций, чтобы вызвать ложные тревоги или помешать работе систем раннего оповещения, когда они действительно необходимы. В этой ситуации проблема выходит за рамки простого финансового мошенничества, становясь вопросом готовности к стихийным бедствиям и потенциально национальной безопасности.
Для смягчения этих рисков эксперты предлагают три основных действия. Первое — усиление безопасности метеорологических станций, что подразумевает увеличение непрерывного мониторинга, внедрение автоматизированных систем обнаружения аномалий и поддержание человеческого надзора. Они также предлагают, чтобы процедуры исправления метеорологических записей стали более оперативными, чтобы обеспечить выявление сбоев почти в режиме реального времени.
Вторая рекомендация сосредоточена на укреплении защиты данных, используемых системами ИИ. Это включает внедрение распределенной защиты по всей цепочке обработки, а также инструментов, способных объяснить работу моделей и повысить их устойчивость к целенаправленным атакам.
Третья мера заключается в содействии разделению ответственности между всеми участниками процесса. Поскольку данные проходят через операторов станций, национальные метеорологические службы и центры прогнозирования, авторы утверждают, что ни один участник не может гарантировать целостность информации в одиночку. Следовательно, любая обнаруженная аномалия должна быть незамедлительно сообщена всем участникам цепочки.
По оценке экспертов, инцидент, зарегистрированный в аэропорту Шарль-де-Голль, был обнаружен своевременно, но он должен служить предупреждением на будущее. По мере того как наблюдательные данные приобретают все большее значение в современных системах прогнозирования погоды, становится необходимым укреплять механизмы контроля, улучшать координацию между компетентными органами и разрабатывать более надежные методы для защиты как данных, так и моделей ИИ, применяемых в метеорологии.
Первый пассажирский поезд, работающий на водороде в Индии, начал курсировать по маршруту Джинд-Сонипат. Его преимущество заключается не в сжигании нового топлива, а в использовании водорода для выработки электроэнергии на борту, при этом единственным прямым выбросом является водяной пар.
По сути, водородный поезд функционирует как электрический состав, который имеет собственную электростанцию. В отличие от дизельного локомотива, он не сжигает водород внутри двигателя. Водород, хранящийся в цилиндрах высокого давления, подается в топливный элемент с мембраной протонного обмена (PEM). При этом кислород забирается из окружающего воздуха. Внутри топливного элемента молекулы водорода расщепляются на протоны и электроны.
Протоны проходят через мембрану, а электроны вынуждены двигаться по внешнему контуру. Этот поток электронов генерирует электричество, которое питает тяговые двигатели поезда. На противоположной стороне топливного элемента протоны, электроны и кислород снова соединяются, образуя воду и выделяя тепло. Таким образом, прямым результатом являются электричество, водяной пар и тепло, что исключает дым и выбросы углекислого газа во время движения.
Однако экологическая картина не ограничивается только этим. На Земле водород обычно связан с другими элементами и содержится в воде, природном газе и биомассе, поэтому перед использованием его необходимо разделить. Один из методов — электролиз, при котором электролизер использует электричество для расщепления воды на водород и кислород. Если для этого используется энергия возобновляемых источников, таких как солнечная или ветровая, получаемое топливо называется зеленым водородом.
Если же электричество поступает от угля или газа, либо если водород извлекается из природного газа без улавливания образующегося углерода, топливо все равно может иметь значительный углеродный след. Поэтому водородный поезд лучше всего описывать как имеющий нулевые прямые, или «выхлопные», выбросы. Общий уровень выбросов зависит от того, как производится, сжимается, транспортируется и хранится водород.
Существует также компромисс в эффективности. Электричество может подаваться напрямую по контактным проводам для питания электрического поезда. При использовании водорода электричество сначала тратится на производство топлива, которое затем сжимается, хранится и преобразуется обратно в электричество на борту. На каждом этапе происходит потеря энергии.
Тем не менее, водородный поезд может работать на существующих путях без постоянной прокладки контактной сети. Это делает его полезным для удаленных, исторических, горных или малоиспользуемых маршрутов, где установка и обслуживание электрической инфраструктуры может оказаться нерентабельным. Именно поэтому водородные поезда вряд ли заменят традиционные электрические составы по всей Индии, поскольку более 99% железнодорожной сети страны уже электрифицировано. Роль водорода, скорее всего, будет заключаться в замещении дизеля на немногих участках, которые сложно электрифицировать.
Десятисоставной поезд состоит из восьми пассажирских вагонов и двух силовых машин, работающих на водороде, расположенных по краям. Вместе они обеспечивают мощность в 2400 кВт. Водород хранится в специально спроектированных цилиндрах под давлением 350 бар. Топливные элементы снабжают электричеством, которое поддерживается литий-железо-фосфатными батареями. Батареи компенсируют резкие изменения в потреблении и позволяют системе топливных элементов работать стабильно.
Хранить водород сложно, поскольку он содержит много энергии по массе, но очень мало по объему при нормальном давлении. Чтобы перевозить достаточное количество топлива, его необходимо сжимать, сжижать при крайне низких температурах или хранить другими специализированными методами. Поезд в Индии использует сжатый водород, что требует прочных цилиндров, специальных клапанов и трубопроводов, а также контролируемого пополнения запасов и непрерывного мониторинга.
Водород легковоспламеняющийся, бесцветный и не имеющий запаха. Его пламя может быть бледным и труднозаметным. Утечка в закрытом пространстве может создать серьезный риск пожара. Индийские железные дороги заявляют, что поезд оснащен датчиками утечек, пламени и дыма, вентиляцией, системами автоматического отключения и оборудованием для защиты от пожаров. Производство, хранение и пополнение запасов должны осуществляться обученным персоналом.
На станции Джинд Индийские железные дороги построили целую водородную цепочку: электролиз, сжатие, хранение и выдача. Этот объект способен хранить почти 3000 кг водорода и имеет лицензию на работу со сжатым газообразным водородом. Такая инфраструктура критически важна, поскольку водородный поезд не может просто заменить дизельный двигатель на топливный элемент; ему необходима надежная подача водорода, безопасное хранение, компрессоры, диспенсеры и квалифицированный персонал.
Это также объясняет высокую стоимость технологии. В 2023 году правительство оценило стоимость одного поезда примерно в 80 крор рупий, а инфраструктуры на один маршрут — около 70 крор рупий. Проект Джинд–Сонипат, включающий поезд и его объекты, был оценен примерно в 136 крор рупий. Следовательно, главный вопрос заключается не в том, может ли водород перемещать поезд. Химия хорошо изучена. Испытание состоит в том, достаточно ли дешево производить зеленый водород, достаточно ли безопасно его поставлять и достаточно ли эффективно использовать его, чтобы оправдать внедрение на выбранных маршрутах. Для Индийских железных дорог сервис Джинд–Сонипат является не только испытанием нового поезда, но и экспериментом в области энергетических систем.
Доктор Г.Д. Агарвал, который являлся ученым, экологом и бывшим профессором IIT, посвятил свою жизнь миссии по защите реки Ганг. Он считал, что Ганг должен течь свободно и быть свободным от плотин.
В знак своей убежденности, доктор Г.Д. Агарвал провел 111 дней голодовки, требуя усилить меры по охране реки Ганг. Он предпочел принципиальность комфорту, полагая, что некоторые цели стоят любых жертв.
Его история служит напоминанием о том, что реки представляют собой нечто большее, чем просто вода — они являются жизненно важными артериями. Почтение его наследию подразумевает защиту этих рек для будущих поколений.
