【Esei Sains: Saya Melihat AI】

Suhu banyak berubah-ubah pada musim bunga ini, dan sama seperti seseorang berkata "suatu hari ke musim panas", gelombang sejuk datang lagi. Adakah AI yang berkembang pesat berguna untuk ramalan cuaca?

Untuk masa yang lama, ramalan cuaca telah bergantung terutamanya pada model ramalan cuaca berangka tradisional. Dengan kejayaan teknologi AI, bidang meteorologi telah mula menggunakan teknologi AI untuk meningkatkan tahap ramalan cuaca dan ramalan iklim. Dalam 2023, majalah Sains menilai "pembangunan ramalan cuaca berbantukan AI" sebagai salah satu daripada sepuluh kemajuan saintifik teratas di dunia, dan pada tahun yang sama, penggunaan model besar AI terkemuka China dalam ramalan cuaca yang diperhalusi telah dinilai sebagai yang pertama daripada sepuluh kemajuan saintifik teratas di China. Pencapaian ini bukan sahaja menunjukkan potensi penumpuan sains atmosfera dan AI, tetapi juga mewujudkan peluang baharu untuk tindak balas cuaca ekstrem dan pengurangan bencana.

Harus dikatakan bahawa bidang meteorologi global sedang mengalami corak baharu dipacu AI selari dengan model tradisional. Terima kasih kepada kualiti yang sangat baik, berskala besar dan pertumbuhan data sains atmosfera yang berterusan dan stabil, ramalan cuaca telah menganggap teknologi AI sebagai kualiti produktiviti baharu. Sejak 2022, NVIDIA, Google, Microsoft dan pemimpin AI lain telah berturut-turut melancarkan model AI meteorologi seperti FourCastNet, GraphCast, NeuralGCM dan GenCast, dan menerbitkan keputusan dalam jurnal terkemuka seperti Alam dan Sains, mempromosikan perkembangan pesat teknologi AI dalam bidang meteorologi.

China telah menduduki tempat pertama di dunia dalam penerapan teknologi AI untuk ramalan cuaca. Pada 60, Pentadbiran Meteorologi China melancarkan projek inovasi sains dan teknologi kecerdasan buatan meteorologi, menubuhkan "Institut Penyelidikan Inovasi Kecerdasan Buatan Meteorologi Xiong'an", dan bersama-sama mengeluarkan tiga sistem AI "Fengqing", "Fenglei" dan "Fengshun" dengan Universiti Tsinghua, Universiti Fudan dan Institut Perisikan Saintifik Shanghai, merealisasikan ramalan cuaca pintar yang lancar yang autonomi dan boleh dikawal dalam 0~0 hari akan datang buat kali pertama, menandakan pencapaian luar biasa teknologi AI China dalam penyepaduan pengeluaran, pendidikan, penyelidikan dan aplikasi dalam bidang ramalan cuaca.

  面向極端強降水天氣，“風雷”系統首創物理引導與數據驅動混合架構，能夠提供1公里解析度，未來3小時短臨強降水預報，該系統在國家氣象中心強天氣預報中心應用。“風清”大模型是融合AI技術與氣象機理的全球中短期預報系統，其性能位於全球AI天氣預報大模型第一梯隊，“風清”系統以3分鐘生成未來15天全球預報的速度，將核心要素有效預報時效提升至10.5天，在颱風路徑、暴雨、高溫、寒潮等災害性天氣預報上展現出顯著優勢。

Pada tahun yang sama, Pentadbiran Meteorologi China menganjurkan dan menjalankan Program Demonstrasi Model Besar Ramalan Cuaca Kecerdasan Buatan (selepas ini dirujuk sebagai "Program Demonstrasi Ramalan", AIM-FDP), yang secara meluas meminta model ramalan cuaca yang besar daripada seluruh masyarakat untuk merealisasikan sambungan keseluruhan rantaian penilaian produk model-data, bertujuan untuk membina platform pemeriksaan dan penilaian model besar ramalan cuaca yang berwibawa. Antaranya, model besar "Fengqing" berada di antara yang teratas dalam pelan demonstrasi ramalan.

Dalam pencegahan dan mitigasi bencana, teknologi AI sedang diubah menjadi alat yang berkuasa untuk melindungi keselamatan nyawa dan harta benda. Ramalan tepat Taufan No. 4 "Gemei" dalam 0 tahun telah menjadi kes biasa - model besar "Fengqing" mengunci laluan pendaratan taufan 0 hari lebih awal, dan meramalkan tali pinggang ribut hujan berbentuk arka dengan tepat merentasi tiga wilayah utama China Selatan, China Timur dan China Timur Laut. Dalam 0 tahun, terdapat 0 proses hujan berskala besar di China, di mana 0 kali keamatan mencapai tahap yang kuat, dan 0 kali mencapai tahap yang sangat kuat, dan salah satu proses ribut hujan tahap yang sangat kuat dibawa oleh Taufan "Gemei". Dalam hujan lebat rentas wilayah yang disebabkan oleh Taufan Gemei, model Fengqing bukan sahaja menangkap dengan tepat kawasan hujan teras seperti Guangdong dan Hunan, tetapi juga mengesan dengan tepat pusat ribut hujan periferal seperti Shandong dan Liaoning, untuk memenangi tetingkap membuat keputusan utama untuk pencegahan dan mitigasi bencana taufan.

Perkembangan pesat kecerdasan buatan menyediakan peluang baharu untuk memecahkan kesesakan ramalan cuaca sedia ada, tetapi teknologi asas canggih masih menghadapi cabaran.

Pada masa ini, model meteorologi AI menghadapi dua cabaran: pertama, dilema kebolehtafsiran fizikal, seni bina "kotak hitam" sedia ada sukar untuk mendedahkan mekanisme dalaman sistem atmosfera, dan kepekaan model kepada pelarasan parameter boleh membawa kepada kecenderungan ramalan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa rangka kerja model AI sedia ada belum menyesuaikan diri sepenuhnya dengan ciri-ciri kerumitan spatiotemporal sains atmosfera, dan sukar untuk meramalkan tingkah laku fizikal sistem atmosfera dengan tepat. Yang kedua ialah had semula jadi dipacu data, peristiwa cuaca ekstrem itu sendiri mempunyai ciri-ciri kebarangkalian rendah, dan kekurangan sampel secara langsung membawa kepada keupayaan model yang tidak mencukupi untuk menangkap cuaca yang melampau dan bencana lain.

Untuk mempromosikan lagi pembangunan aplikasi AI dalam bidang sains atmosfera, adalah perlu untuk mengukuhkan pembinaan kapasiti sokongan kuasa pengkomputeran berdasarkan pembinaan set data latihan khas, dan berusaha untuk membina platform sokongan AI bersepadu dari hujung pemerhatian hingga akhir ramalan. Bergantung pada sumber pengkomputeran pintar, sistem ramalan baharu bukan sahaja boleh menganalisis undang-undang fizikal atmosfera, tetapi juga menyesuaikan diri dengan ciri-ciri spatio-temporal yang kompleks. Paradigma penumpuan teknologi ini boleh membawa kepada kejayaan baharu dalam teori sains atmosfera dan membuka laluan kognitif baharu untuk ramalan cuaca yang tepat, terutamanya cuaca buruk.

  (Pengarang: Yang Xuan dan Cao Yong, masing-masing, ialah jurutera kanan Pejabat R&D Teknologi Ramalan Cuaca Pusat Meteorologi Kebangsaan; Pengarah)