هوش مصنوعی گوگل، پیش‌بینی آب‌وهوا را متحول کرد!

گوگل دیپ‌مایند و گوگل ریسرچ مدل جدید هوش مصنوعی آب‌وهوای جهانی WeatherNext 3 را معرفی کردند. این مدل با دسترسی مستقیم به تصاویر ماهواره‌ای ژئوستیشنری بلادرنگ برای به‌روزرسانی ساعتی و استفاده از داده‌های خام ایستگاه‌های هواشناسی برای آموزش، محدودیت‌های مدل‌های سنتی در دقت محلی و تأخیر در راه‌اندازی را برطرف کرده است.

ارتقاء جامع در معماری و دقت پیش‌بینی

WeatherNext 3 از معماری ترنسفورمر شبکه‌ای مولد تابعی احتمالی (FGN) مشابه WeatherNext 2 بهره می‌برد و آن را برای خروجی چندرزولوشنی گسترش داده است. ورودی‌های آن شامل تصاویر ماهواره‌ای بلادرنگ جهانی و داده‌های تحلیلی HRES از مرکز اروپایی پیش‌بینی وضع هوای میان‌مدت (ECMWF) است. در مرحله آموزش، از منابع متعددی مانند ERA5/HRES-fc0، داده‌های IMERG ناسا، مشاهدات ایستگاه‌های هواشناسی و تصاویر ماهواره‌ای استفاده می‌کند.

دقت بی‌سابقه با داده‌های خام ایستگاه‌ها

برخلاف مدل‌های سنتی که از داده‌های بازتحلیل‌شده با حذف جزئیات محلی ناشی از عوارض جغرافیایی استفاده می‌کنند، WeatherNext 3 با آموزش یک سر خروجی اختصاصی بر روی داده‌های خام ایستگاه‌های هواشناسی، پیش‌بینی دمای هوا و نقطه شبنم را با دقت ۰.۰۵ درجه (حدود ۵ کیلومتر) ارائه می‌دهد که با رکوردهای واقعی ابزارها مطابقت بیشتری دارد.

رزولوشن و فرکانس پیش‌بینی بی‌نظیر

WeatherNext 3 قادر است در یک مرحله پردازش، نتایج پیش‌بینی را در سه سطح رزولوشن ارائه دهد:

• سطح اول: دمای ۲ متری هوا و نقطه شبنم با رزولوشن ۰.۰۵ درجه (حدود ۵ کیلومتر) بر اساس آموزش داده‌های ایستگاه‌های هواشناسی.
• سطح دوم: داده‌های سطحی شبکه با رزولوشن ۰.۱ درجه (حدود ۱۰ کیلومتر)، شامل سرعت باد ۱۰ و ۱۰۰ متری، فشار، دمای سطح دریا، توزیع ابرها، تابش خورشیدی و بارش یک ساعته.
• سطح سوم: میدان جوی در ۱۳ سطح فشار با رزولوشن ۰.۲۵ درجه (حدود ۲۵ کیلومتر).

این مدل نسبت به مدل قبلی که هر شش ساعت یک‌بار خروجی ۲۵ کیلومتری ارائه می‌داد، حدود پنج برابر دقت بیشتری دارد. WeatherNext 3 با ۲۴ بار راه‌اندازی در روز، چرخه سیستم‌های آب‌وهوایی را در ساعات ۰۰، ۰۶، ۱۲ و ۱۸ UTC پوشش می‌دهد و قادر است پیش‌بینی‌ها را تا ۱۵ روز (۳۶۰ ساعت) با ۶۴ عضو آنسامبل گسترش دهد. اجرای ساعتی موقت، پنجره ۴۸ ساعته را پوشش می‌دهد. این به‌روزرسانی ساعتی مبتنی بر مشاهدات ماهواره‌ای فعلی، محدودیت‌های چرخه‌های قبلی را که به تحلیل‌های پیش‌بینی عددی ۶ ساعته متکی بودند، کاملاً از بین می‌برد و برای پیش‌بینی هوای همرفتی با توسعه سریع، ارزش قابل توجهی دارد.

کاربردهای تجاری قدرتمند در پیش‌بینی بارش و انرژی پاک

WeatherNext 3 پتانسیل قوی در کاربردهای تجاری، به‌ویژه در شبیه‌سازی بارش و متغیرهای انرژی پاک، نشان می‌دهد. پیش‌بینی بارش که همواره یکی از نقاط ضعف مدل‌های جهانی بوده، با آموزش بر روی داده‌های چندمنبعی شامل بازتحلیل ECMWF، وارون‌سازی ماهواره‌ای IMERG ناسا و بازتحلیل بارش ماهواره‌ای راداری گوگل، بهبود یافته است. در مراحل اولیه پیش‌بینی، امتیاز CRPS آن تا ۶۰ درصد نسبت به معیار IMERG بهبود می‌یابد.

حمایت از انرژی‌های تجدیدپذیر

این مدل همچنین می‌تواند سرعت باد ۱۰۰ متری در ارتفاع توربین‌های بادی، توزیع کامل ابرها در ارتفاعات مختلف و تمام اجزای تابش خورشیدی را با دقت پیش‌بینی کند. این ترکیب داده‌های کلیدی به اپراتورهای شبکه برق امکان می‌دهد تا تولید انرژی بادی و خورشیدی را با دقت پیش‌بینی کنند.

داده‌های پیش‌بینی WeatherNext 3 از طریق BigQuery، Earth Engine و Cloud Storage در دسترس است. اگرچه وزنه‌های مدل متن‌باز نیستند، اما اجرای سفارشی همچنان از نسخه قبلی WeatherNext 2 استفاده می‌کند. با پیاده‌سازی کامل این مدل، پیش‌بینی آب‌وهوای جهانی به سمت عصر جدیدی از دقت و به‌هنگام بودن هوشمندانه در حرکت است.