传统天气预报会消失吗？人工智能可在30秒内预测未来10天全球天气

2024年2月29日，国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”，其中，“人工智能大模型为精准气候预告带来新突破”排名第一。

榜单发布的第二天，上海人工智能实验室联合国家气候中心、国家气候信息中心、南京信息工程大学、香港科技大学等单位发布了“风乌GHR”大模型，标志着人工智能助气候预告正式进入“10公里级时代”。

于是乎，有关“传统气候预告”是否会彻底消失、“人工智能气候预告”是否将取而代之的评论层出不穷。对此，专家也表明，“人工智能将给整个气候行业带来革新”。

2023年8月1日，台风卡努气候图（图源：中央气候台）

传统气候预告：靠数学“算出来的气候”

气候预告是科学领域中最古老且充满应战的工作之一，从古人“观天象借东风”，到1851年，英国首要制作地上气候图，再到20世纪发明初代气候仪器，气候预告逐渐迈入“科学时代”。

现在，现代意义上的“传统气候预告”，惯例办法是运用气候预告形式进行定量化预告。该办法从准确认义的物理方程出发，然后转化成在超级核算机上运行的核算机算法。简言之，传统气候预告是靠数学方程，通过超算“算出来的”。

据中国科学院大气物理研究所研究员马柱国介绍，这种形式本质上是一个数学模型，即使用流体力学改变运动规则对大气流体树立一种运动方程，继而生成一个随同时间改变的预告方程。比方，已知这个时间的气候，依据运动方程可以判断下一个时间段的气候情况。

可是，这种设计方程和算法十分耗时，若想做出准确的猜测需要深厚的专业知识和昂贵的核算资源。例如，数据获取方面需要卫星遥感、雷达观测、飞机观测、船舶观测、海上浮标观测等的观测资料。

获取数据后，即使是在超级核算机的助力下，现在，一般预告3天的气候结果仍需几个小时的模拟推导，每天重复操作，从未连续。

谷歌人工智能猜测气候流程图（图源：世界经济论坛）

人工智能气候预告：靠“经验”猜测又准又快

如果说传统气候预告是靠数学推理的“理科生”，那么人工智能更像是一个开了挂的“算命大师”。

它的实质其实是使用大数据、高算力等技能与气候猜测的深度结合，构成智能跨域、多标准、精准的气候系统，完成大幅度提升气候预告速度，增强预告时效性。

也就是说，这些模型不是真实的数据驱动，而是站在“巨人的膀子上”才看得更远，靠以往足够多的经验、数据来猜测气候。

因此，在精度和速度方面，人工智能相较于传统方式更准更快。比方谷歌2023年推出的气候猜测模型GraphCast，在1分钟内可以猜测未来10天的数百个气候变量。

2023年4月，中国发布的人工智能大模型“风乌”，相同完成了在高分辨率上对中心大气变量进行超越10天的有用预告，其误差率相较于谷歌的人工智能大模型更是降低了10.87%，30秒即可生成未来10天全球高精度预告结果，显著优于传统气候预告办法。

传统数值形式与AI气候大模型数据比照图（图源：上观新闻）

可是，气候学专家们也表明，这并不意味着AI现已可以替代一切传统预告办法。

中国气候局上海台风研究所副所长黄伟称，现在的AI气候大模型都缺少长时间验证和应用，结果高度依赖再剖析数据而非根据真实物理进程，也未涉及要害的资料同化进程，存在对极端气候估计偏弱等问题。因此，现在的气候大模型还不能替代数值预告的悉数工作流。

科罗拉多州立大学大气研究合作研究所数据可视化研究员Jacob Radford相同表明，AI的操作流程值得商榷，“预告员的一个要害人物是向合作伙伴解释和传达信息，由于缺少工具来确认AI模型为什么会做出这样的猜测，这项使命变得更具应战性。这些模型仍处于起步阶段，在考虑投入运用之前，仍需要在研究和预告员集体中树立信任。”

尽管如此，研究人员也深信，人工智能的出现标志着气候猜测迎来了一个重要的转折点，为人类拓荒了一条全新的路途。

我国发布“风乌GHR”大模型（图源：上观新闻）

我国人工智能助气候预告进入“10公里级时代”

早在2017年，上海气候部门的预告团队就引入了人工智能。有了人工智能，核算机模型对长时间回忆具有更大容量，能使雷达回波推算时长延伸至2小时，让预告员在暴雨等强对流气候面前可以更加自如。

自2022年以来，国内一些企业和机构相继发布AI气候大模型，并开始得到了实践检验。2022年7月20日，中央气候台初次成功预告龙卷风，并于14时发布强对流气候黄色预警。

2023年4月，中国发布的人工智能大模型“风乌”，初次完成在高分辨率上对中心大气变量进行超越10天的有用预告。（“风乌”取名自秦汉时期的“相风铜乌”，是世界上最早的测风设备。）

2024年3月1日，上海人工智能实验室联合国家气候中心、国家气候信息中心、南京信息工程大学、香港科技大学等单位将其晋级为“风乌GHR”，初次借助AI完成了对中期气候进行10公里级的建模和预告，将预告分辨率提升至0.09经纬度（9km×9km），对应的地表面积约为81平方公里，比第一代“风乌”的准确预告规模大7倍。

如今，全面晋级的“风乌GHR”相当于一个“4K高清版”大模型，有助于完成更精密、更高效的气候预告，这也标志着我国人工智能助气候预告进入“10公里级时代”。

（来历：极目新闻）