Учёные Кембриджского университета представили Aardvark Weather — ИИ-систему для прогнозирования погоды, которая позволяет формировать как глобальные, так и локальные прогнозы за считанные минуты с использованием обычного настольного компьютера. В сравнении с традиционными подходами, Aardvark обеспечивает предсказания в десятки раз быстрее и при этом требует в тысячи раз меньше вычислительных ресурсов.

Источник изображения: Brian McGowan / Unsplash

Aardvark Weather была разработана в Кембриджском университете (University of Cambridge) при участии Института Алана Тьюринга (The Alan Turing Institute), Microsoft Research и Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF). Скорость и эффективность метеорологических моделей имеют решающее значение: традиционные методы опираются на ресурсоёмкие суперкомпьютеры и труд множества специалистов, тогда как формирование прогноза зачастую занимает несколько часов. В этом контексте Aardvark демонстрирует принципиально новый подход, устраняя необходимость в громоздкой инфраструктуре.

Последние разработки таких технологических гигантов, как Huawei, Google и Microsoft, показали, что ИИ способен значительно улучшить отдельные компоненты метеорологического моделирования. Особенно важными стали достижения в области алгоритмов, моделирующих динамику атмосферы во времени. Интеграция ИИ в эти процессы уже привела к ускорению расчётов и повышению точности метеопрогнозов.

Яркий пример — компания Google, разрабатывающая модели на базе ИИ и предлагающая два таких решения корпоративным клиентам своей облачной платформы. Эти модели, созданные исследователями лаборатории Google DeepMind, используют исторические метеоданные и позволяют предсказывать погодные условия на срок от 10 до 15 дней вперёд.

В отличие от гибридных подходов, Aardvark полностью заменяет традиционную многоступенчатую схему прогнозирования единой моделью машинного обучения (ML). Используя стандартный настольный компьютер, система обрабатывает данные из различных источников, включая спутники и метеостанции, и формирует прогнозы в течение нескольких минут.

Профессор Ричард Тёрнер (Richard Turner) с инженерного факультета Кембриджского университета, возглавивший исследование, заявил: «Aardvark переосмысливает существующие методы прогнозирования погоды, позволяя получать прогнозы быстрее, дешевле, гибче и точнее, чем когда-либо прежде. Aardvark в тысячи раз быстрее всех прежних методов прогнозирования погоды». В перспективе Aardvark сможет формировать прогнозы на 8 дней вперёд с высокой степенью точности, что на 3 дня превышает горизонт современных систем.

Несмотря на то, что система использует лишь часть объёма данных, задействованных в традиционных моделях, Aardvark демонстрирует результаты, превосходящие показатели американской Национальной системы прогнозирования (GFS) по нескольким ключевым метрикам. При этом она остаётся сопоставимой по точности с прогнозами Национальной метеорологической службы США (NWS), где обычно применяется комбинация моделей и экспертный анализ.

Источник изображения: NASA

По словам Анны Аллен (Anna Allen), первого автора исследования из факультета компьютерных наук и технологий Кембриджского университета, реализованный в системе подход сквозного машинного обучения может быть легко адаптирован для решения других задач климатического моделирования — от прогнозирования ураганов, торнадо и лесных пожаров до оценки качества воздуха, динамики океанических течений и предсказания морского льда.

Одним из наиболее примечательных свойств Aardvark является её архитектурная простота и высокая гибкость. Благодаря тому что система обучается напрямую на метеоданных, она может быть быстро перенастроена для формирования индивидуализированных прогнозов, адаптированных под конкретные отрасли или регионы. Это может быть, например, прогноз температуры для сельского хозяйства в Африке или прогноз скорости ветра — для европейских компаний, работающих в сфере возобновляемой энергетики. Такой подход кардинально отличается от традиционных систем, настройка которых требует многолетней работы крупных команд специалистов.

Подобная адаптивность может стать решающим фактором для стран с ограниченным доступом к вычислительным ресурсам и метеоданным. Как подчёркивает доктор Скотт Хоскинг (Scott Hosking) из Института Алана Тьюринга, перенос метеопрогнозирования с суперкомпьютеров на настольные машины делает высокоточные прогнозы доступными в развивающихся странах и регионах с дефицитом данных.

Следующим этапом проекта станет формирование новой исследовательской группы на базе Института Алана Тьюринга. Её задачей станет изучение возможностей внедрения технологии в странах Глобального Юга, а также интеграция Aardvark в более масштабные инициативы по экологическому прогнозированию.

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) и компания IBM объединились, чтобы создать базовую модель искусственного интеллекта для погодных и климатических приложений. Объединение научных знаний с технологиями искусственного интеллекта, как ожидается, позволит создать модель, которая предложит «значительные преимущества по сравнению с существующими технологиями».

Источник изображения: TheDigitalArtist / Pixabay

Современные ИИ-модели, такие как GraphCast и Fourcastnet, генерируют прогнозы быстрее, чем традиционные метеорологические модели. Однако IBM отмечает, что всё это эмуляторы искусственного интеллекта, а не базовые модели, которые лежат в основе генеративных алгоритмов. Эмуляторы искусственного интеллекта способны формировать прогнозы погоды на основе используемых для обучения данных, но они лишены других приложений и возможностей, которыми можно наделить базовую модель.

NASA и IBM планируют создать ИИ-модель, которая будет иметь расширенную доступность по сравнению с уже используемыми технологиями, а также сумеет обрабатывать больше типов данных. Ещё одной ключевой целью является повышение точности прогнозирования. Ожидается, что алгоритм будет успешно справляться с прогнозированием метеорологических явлений, а также определением условий, способствующих формированию различных явлений, от турбулентности самолёта до лесных пожаров.

Ранее в этом году NASA и IBM выпустили другую ИИ-модель, которая использует данные со спутников аэрокосмического ведомства для геопространственной разведки и является крупнейшей геопространственной моделью на базе ИИ с открытым исходным кодом. С момента запуска эта модель использовалась для отслеживания и визуализации деятельности по посадке и выращиванию деревьев в Кении. Она также задействована для анализа климатических условий на территории ОАЭ.