夏日街頭,。圖源：卡樂圖片/攝影寧穎

面對(duì)氣候變暖，人類應(yīng)該如何應(yīng)對(duì),？一些科學(xué)家寄望于目前火熱的人工智能,。

今年4月，中國(guó)發(fā)布的人工智能大模型“風(fēng)烏”，首次實(shí)現(xiàn)在高分辨率上對(duì)核心大氣變量進(jìn)行超過10天的有效預(yù)報(bào),?！帮L(fēng)烏”大模型僅用GPU便可運(yùn)行，30秒即可生成未來(lái)10天全球高精度預(yù)報(bào)結(jié)果,。

此前,，在北京冬奧會(huì)賽場(chǎng)，得益于北京大學(xué)重慶大數(shù)據(jù)研究院開發(fā)出人工智能MOML算法賦能天氣預(yù)報(bào)模型,，氣象短時(shí)臨近預(yù)報(bào)“百米級(jí)尺度,、分鐘級(jí)更新”已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)氣象服務(wù)遇到人工智能

近幾十年來(lái),，對(duì)地球,、環(huán)境和天氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,。1851年，英國(guó)首先通過電報(bào)傳送觀測(cè)資料,，繪制成地面天氣圖,，并根據(jù)天氣圖制作天氣預(yù)報(bào)。如今,，多顆衛(wèi)星從太空監(jiān)測(cè)地球,。

天氣科學(xué)正處于重大范式轉(zhuǎn)變的風(fēng)口浪尖。衛(wèi)星監(jiān)測(cè)提供了如此多的數(shù)據(jù),，因此利用機(jī)器學(xué)習(xí)的最新進(jìn)展來(lái)處理這些數(shù)據(jù)變得至關(guān)重要,。

隨著近年來(lái)全球氣候變化加劇，極端天氣頻發(fā),，各界對(duì)天氣預(yù)報(bào)的時(shí)效和精度的期待更是與日俱增。

從數(shù)據(jù)上看，全球氣溫升高的趨勢(shì)相當(dāng)明顯,。盡管此前3年的拉尼娜現(xiàn)象對(duì)全球氣溫起到了暫時(shí)“剎車”作用,，但過去8年仍是有記錄以來(lái)最熱的8年,。其中，2016年是有記錄以來(lái)全球最熱的一年,。目前有多家機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),，2023年或2024年極有可能超過2016年，創(chuàng)造新的全球最暖紀(jì)錄,。

隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)和框架的不斷成熟,，以ChatGPT、“書生”（Intern）為代表的人工智能大模型在自然語(yǔ)言和視覺等領(lǐng)域展示出卓越的能力,，人工智能亦為地球科學(xué)等領(lǐng)域帶來(lái)全新的研究思路,。

運(yùn)用“風(fēng)烏”大模型,，全球氣象有效預(yù)報(bào)時(shí)間首次突破10天。圖源：文匯報(bào)

“風(fēng)烏”大模型，僅需30秒

今年4月,，中國(guó)發(fā)布的人工智能大模型“風(fēng)烏”,，首次實(shí)現(xiàn)在高分辨率上對(duì)核心大氣變量進(jìn)行超過10天的有效預(yù)報(bào)。

在預(yù)報(bào)精度方面,，相比DeepMind的GraphCast,，“風(fēng)烏”的10天預(yù)報(bào)誤差降低10.87%，而相比于傳統(tǒng)的物理模型,，其誤差降低19.4%。在預(yù)報(bào)時(shí)效方面,，根據(jù)國(guó)際常用的標(biāo)準(zhǔn),，z500 ACC大于0.6時(shí)氣象預(yù)報(bào)結(jié)果具有可用性，可以較好地指導(dǎo)預(yù)報(bào)員判斷未來(lái)氣象發(fā)展形勢(shì),。此前,，全球范圍內(nèi)最好的物理模型HRES在此標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，有效預(yù)報(bào)時(shí)長(zhǎng)最大為8.5天,，而“風(fēng)烏”基于再分析數(shù)據(jù)達(dá)到了10.75天,。在資源效率方面，現(xiàn)有物理模型往往運(yùn)行在超級(jí)計(jì)算機(jī)上,，而“風(fēng)烏”AI大模型僅需單GPU便可運(yùn)行,，僅需30秒即可生成未來(lái)10天全球高精度預(yù)報(bào)結(jié)果。

在氣象氣候預(yù)報(bào)任務(wù)中,，全球中期天氣預(yù)報(bào)是重要預(yù)測(cè)任務(wù)之一,，它以預(yù)測(cè)未來(lái)14天內(nèi)的大氣系統(tǒng)狀態(tài)為目標(biāo)?！帮L(fēng)烏”在預(yù)報(bào)精度上降低了誤差,，在時(shí)效上突破了10天，而且僅需單GPU（圖形處理器）便可運(yùn)行,。

上海人工智能實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)軍科學(xué)家歐陽(yáng)萬(wàn)里說(shuō)：“‘風(fēng)烏’取名自秦漢時(shí)期的‘相風(fēng)銅烏’,，是世界上最早的測(cè)風(fēng)設(shè)備。天氣預(yù)報(bào)大模型‘風(fēng)烏’承載中國(guó)古人的智慧,，也寓意實(shí)驗(yàn)室致力于在以氣象為代表的人工智能服務(wù)科學(xué)領(lǐng)域不懈探索,。”

能否取代傳統(tǒng)天氣預(yù)報(bào),？

那么,，天氣預(yù)報(bào)不準(zhǔn)的情況會(huì)通過AI得到解決嗎？在未來(lái)AI天氣預(yù)報(bào)是否可能替代傳統(tǒng)的天氣預(yù)報(bào),？

從“風(fēng)烏”的實(shí)踐可以看出,，人工智能應(yīng)用于氣象領(lǐng)域，從大數(shù)據(jù)中挖掘規(guī)律，可與傳統(tǒng)的數(shù)理方程形成互補(bǔ),，為生產(chǎn)生活提供更準(zhǔn)確,、更實(shí)用的天氣預(yù)報(bào)。氣候變暖將讓極端天氣更頻繁,，人工智能可用于改善氣象災(zāi)害警報(bào)系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)提前和精準(zhǔn)預(yù)警，在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮更大作用,。

中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所研究員馬柱國(guó)表示,，人工智能進(jìn)入氣象預(yù)報(bào)和大氣物理應(yīng)用場(chǎng)景中，本質(zhì)上帶來(lái)的還是通過算力,、算法對(duì)大數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行整合,，對(duì)模型模式提供更多新的技術(shù)支持和方法，繼而對(duì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性和效率加以提升,，“但不能期待或者簡(jiǎn)單說(shuō)人工智能取代傳統(tǒng)的主流預(yù)測(cè)方法,，至少目前尚不具備條件?！?/p>

馬柱國(guó)認(rèn)為,，一旦大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)得以引用和應(yīng)用，可以輸入大量的數(shù)據(jù)信息,，將可數(shù)據(jù)化的全部信息,，如將衛(wèi)星云團(tuán)走動(dòng)之間的關(guān)系加以統(tǒng)計(jì)輸入后，人工智能會(huì)生成提取更加精確的可用信息,。

在武漢大學(xué)校長(zhǎng),、中國(guó)科學(xué)院院士張平文看來(lái)，把人工智能廣泛應(yīng)用到氣象領(lǐng)域,，其機(jī)理與數(shù)據(jù)的融合計(jì)算非常具有挑戰(zhàn)性,。“比如,，人工智能如何應(yīng)用于求解數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的物理基礎(chǔ)Navier-Stokes方程等,，氣象領(lǐng)域在這方面的算法研究還比較缺乏?！?/p>

展望未來(lái),，張平文充滿信心：“人工智能在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅將給人們提供更精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)服務(wù),，還將給氣象行業(yè)甚至整個(gè)大氣科學(xué)帶來(lái)變革,。”

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