Ученые создали ИИ, который предсказывает погоду за считанные минуты

Aardvark Weather — это инновационная система прогнозирования на базе искусственного интеллекта, которая быстрее, дешевле и эффективнее традиционных методов. В отличие от моделей, требующих суперкомпьютеров и многочасовой обработки, Aardvark может генерировать точные прогнозы за считанные минуты, используя минимальную вычислительную мощность.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, новая система прогнозирования погоды на базе искусственного интеллекта Aardvark Weather способна генерировать высокоточные прогнозы в десятки раз быстрее, используя при этом в тысячи раз меньше вычислительной мощности, чем существующие модели на основе искусственного интеллекта и физики.

Разработанный исследователями Кембриджского университета при поддержке Института Алана Тьюринга, Microsoft Research и Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF), Aardvark представляет собой новаторский подход к прогнозированию погоды, который может значительно улучшить существующие методы.

Сегодняшние прогнозы погоды основаны на сложных многоступенчатых процессах, для вычисления которых требуются часы с использованием специализированных суперкомпьютеров. Помимо ежедневного прогнозирования, обслуживание и эксплуатация этих систем требуют значительных ресурсов, включая большие группы экспертов.

Недавние исследования Huawei, Google и Microsoft показали, что ИИ может заменить одну из ключевых частей этого конвейера — числовой решатель, который моделирует, как погода меняется с течением времени. Этот метод, улучшенный ИИ, уже повысил скорость и точность прогнозирования и теперь внедряется ECMWF как часть гибридного подхода, который сочетает ИИ с традиционными методами прогнозирования.

С помощью Aardvark исследователи заменили весь конвейер прогнозирования погоды одной простой моделью машинного обучения. Новая модель принимает наблюдения со спутников, метеостанций и других датчиков и выдает как глобальные, так и локальные прогнозы. Этот полностью управляемый ИИ подход означает, что прогнозы теперь можно сделать за считанные минуты на настольном компьютере.

Используя всего 10% входных данных существующих систем, Aardvark уже превосходит национальную систему прогнозирования GFS США по многим переменным, а также конкурирует с прогнозами Метеорологической службы США, которые используют входные данные десятков погодных моделей и анализ экспертов-прогнозистов.

Одним из самых захватывающих аспектов Aardvark является его гибкость и простая конструкция. Поскольку он обучается непосредственно на данных, его можно быстро адаптировать для создания индивидуальных прогнозов для конкретных отраслей или мест, будь то прогнозирование температур для африканского сельского хозяйства или скорости ветра для компании по возобновляемой энергии в Европе.

Это контрастирует с традиционными системами прогнозирования погоды, где создание индивидуальной системы требует многолетней работы больших групп исследователей. Эта возможность может трансформировать прогнозирование погоды в развивающихся странах, где доступ к экспертным знаниям и вычислительным ресурсам, необходимым для разработки традиционных систем, обычно отсутствует.

Профессор Ричард Тернер, ведущий научный сотрудник по прогнозированию погоды в Институте Алана Тьюринга и профессор машинного обучения на кафедре инженерии Кембриджского университета, сказал, что Aardvark переосмысливает текущие методы прогнозирования погоды, предлагая потенциал для того, чтобы делать прогнозы погоды быстрее, дешевле, гибче и точнее, чем когда-либо прежде, помогая преобразовать прогнозирование погоды как в развитых, так и в развивающихся странах.

«Важно отметить, что Aardvark был бы невозможен без десятилетий разработки физической модели сообществом, и мы особенно обязаны ECMWF за их набор данных ERA5, который необходим для обучения Aardvark», — добавил он.

Анна Аллен, ведущий автор из Кембриджского университета, утверждает, что эти результаты — только начало того, чего может достичь Aardvark. Этот сквозной подход к обучению можно легко применить к другим проблемам прогнозирования погоды, например, к ураганам, лесным пожарам и торнадо. Помимо погоды, его применение распространяется на более широкое прогнозирование системы Земли, включая качество воздуха, динамику океана и прогнозирование морского льда.

«Мы были в восторге от сотрудничества в этом проекте, который исследует следующее поколение систем прогнозирования погоды — часть нашей миссии по разработке и предоставлению оперативного прогнозирования погоды на основе ИИ, при этом открыто делясь данными на благо науки и более широкого сообщества», — сказал Мэтью Чантри, стратегический руководитель по машинному обучению в ECMWF.

По его словам, крайне важно, чтобы академические круги и промышленность работали вместе для решения технологических проблем и использования новых возможностей, которые предлагает ИИ. Он отметил, что подход Aardvark сочетает в себе как модульность, так и сквозную оптимизацию прогнозирования, гарантируя эффективное использование доступных наборов данных.

Доктор Крис Бишоп, технический сотрудник и директор Microsoft Research AI for Science, заявил, что Aardvark представляет собой не только важное достижение в области прогнозирования погоды с помощью ИИ, но и отражает силу сотрудничества и объединения исследовательского сообщества для совершенствования и применения технологии ИИ значимыми способами.

По словам доктора Скотта Хоскинга, директора по науке и инновациям в области охраны окружающей среды и устойчивого развития в Институте Алана Тьюринга, раскрытие потенциала ИИ изменит процесс принятия решений для всех, от политиков и специалистов по планированию чрезвычайных ситуаций до отраслей, которые полагаются на точные прогнозы погоды.

«Прорыв Aardvark заключается не только в скорости, но и в доступе. Перенеся прогнозирование погоды с суперкомпьютеров на настольные компьютеры, мы можем демократизировать прогнозирование, сделав эти мощные технологии доступными для развивающихся стран и регионов со скудными данными по всему миру», — добавил он.

Следующие шаги для Aardvark включают создание новой команды в Институте Алана Тьюринга под руководством профессора Ричарда Тернера, изучение потенциала развертывания Aardvark на глобальном юге и интеграцию технологии в более широкую работу Института по разработке высокоточного прогнозирования состояния окружающей среды для погоды, океанов и морского льда.

Ранее NASA произвело революцию в борьбе с лесными пожарами с помощью передовых технологий управления беспилотниками. Это позволяет круглосуточно тушить пожары с воздуха — даже в условиях плохой видимости.