科幻小說作家劉慈欣曾在其小說中描述了這樣一種天氣預(yù)報(bào)：小說主人公從氣象學(xué)院畢業(yè)后，發(fā)現(xiàn)了一種可以探測龍卷風(fēng)的系統(tǒng)，進(jìn)而把龍卷風(fēng)扼殺在搖籃之中。直到一天，中國的航空母艦遭到了三顆導(dǎo)彈的襲擊，而這三顆導(dǎo)彈并沒有直接攻擊航母。大家很奇怪，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈周圍形成了三股巨大的龍卷風(fēng)。這些導(dǎo)彈其實(shí)改變了海水當(dāng)中的空氣，航母就被擊沉了。
這一小說場景就很形象地展現(xiàn)了AI之于天氣預(yù)測的作用，那么這樣科幻的場景能否在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)呢？其實(shí)，在AI逐漸普及的大環(huán)境下，AI遇上天氣預(yù)報(bào)，自然也擦出了不一樣的火花。
AI滌蕩傳統(tǒng)天氣預(yù)報(bào)模式
AI助力天氣預(yù)報(bào)，早在過去的幾年里研究者們使用AI系統(tǒng)來對(duì)不同的氣候模型進(jìn)行排序篩選，并通過實(shí)際數(shù)據(jù)和模型氣候數(shù)據(jù)來識(shí)別颶風(fēng)等極端天氣，同時(shí)也致力與發(fā)現(xiàn)新的氣象模式。從目前來看，智能相對(duì)論分析師柯鳴認(rèn)為，AI助力天氣預(yù)報(bào)，主要分“兩步走”。
1．深度學(xué)習(xí)助力天氣預(yù)報(bào)
隨著人造衛(wèi)星和氣象模型的強(qiáng)大化，面臨海量的數(shù)據(jù)，全球氣象人員開始尋求AI助力于數(shù)據(jù)處理，以能夠從數(shù)據(jù)中挖掘出更新鮮且游泳的氣候模式，幫助更好地進(jìn)行氣候預(yù)測。
目前已經(jīng)有研究人員致力于利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法和技術(shù)來處理氣候問題。在機(jī)器學(xué)習(xí)中，AI系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)越來越多的數(shù)據(jù)來不斷完善自身的性能。一方面，研究人員通過建立“氣候信息學(xué)”（climate informatics）來處理不斷增長的巨量數(shù)據(jù)，并用機(jī)器學(xué)習(xí)的方式來進(jìn)行有效的處理。
另一方面，利用深度學(xué)習(xí)的方式來進(jìn)行研究。2016年研究人員就曾報(bào)道基于深度學(xué)習(xí)來識(shí)別那些傳統(tǒng)上由富有經(jīng)驗(yàn)的專家來判斷氣候模式，包括熱帶氣旋、大氣流以及天氣鋒面等。這表明算法是有可能復(fù)制人類的經(jīng)驗(yàn)的。
Monteleoni 發(fā)明了一種可以自動(dòng)評(píng)估30種氣候模型并賦予不同的權(quán)重。通過學(xué)習(xí)出不同模型的強(qiáng)弱，這一算法可以比傳統(tǒng)算法對(duì)所有模型一視同仁的方法得到更好的結(jié)果。Monteleoni 表示氣象學(xué)界已經(jīng)開始逐漸采用AI系統(tǒng)來評(píng)估氣候模型，從而幫助他們改善預(yù)測結(jié)果。
機(jī)器學(xué)習(xí)助力AI天氣預(yù)測
2．AI智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)增強(qiáng)預(yù)測精確度
從氣候預(yù)報(bào)的演進(jìn)過程來看，其演化一般經(jīng)歷了從定性預(yù)報(bào)、描述性預(yù)報(bào)到數(shù)字化、格點(diǎn)化預(yù)報(bào)三個(gè)階段。
智能網(wǎng)格就宛如地球上的經(jīng)緯網(wǎng)，將我國以及每個(gè)城市地點(diǎn)的區(qū)域分解成許多個(gè)5公里×5公里、乃至1公里×1公里的網(wǎng)格，進(jìn)行每個(gè)網(wǎng)格的差異化監(jiān)測。以北京為例，本來的預(yù)報(bào)僅僅以南郊觀象臺(tái)這一個(gè)點(diǎn)的氣溫、降水等來代表整個(gè)城市氣候情況，但經(jīng)過展開網(wǎng)格化預(yù)報(bào)，北京的氣候不再由一個(gè)定點(diǎn)來反映，而是精密地反映在整座城市每個(gè)不同的網(wǎng)格之中。
這一AI加持下的智能網(wǎng)格化預(yù)報(bào)，不只讓形式愈加細(xì)化，還供給了更為詳盡和豐厚的預(yù)報(bào)內(nèi)容，從本來的氣溫、風(fēng)和氣候現(xiàn)象單個(gè)要素細(xì)化到基本要素、環(huán)境氣候要素、災(zāi)害性氣候要素、海上氣候要素四大類18個(gè)氣候要素。
氣象部門可以根據(jù)自身需求從網(wǎng)格中挑選自身需要的信息。目前，智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)依賴的智能化氣象科技成果中最重要的是數(shù)值預(yù)報(bào)和集合預(yù)報(bào)。高分辨率智能網(wǎng)格需要高分辨率區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)模式支撐。我國四套已業(yè)務(wù)化運(yùn)行的高分辨率模式已通過建在上海的數(shù)值預(yù)報(bào)云（目前正在升級(jí)為智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)云）實(shí)現(xiàn)全國共享。
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