Google DeepMind的Gencast：天氣預(yù)報(bào)的革命性AI

天氣預(yù)報(bào)經(jīng)歷了巨大的轉(zhuǎn)變，從基本觀察到復(fù)雜的AI驅(qū)動(dòng)預(yù)測(cè)。 Google Deepmind的Gencast是一種在自然界中詳細(xì)介紹的開創(chuàng)性的AI模型，位於這場(chǎng)革命的最前沿。本文為Gencast提供了全面的指南，解釋了其功能並展示其現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序。

目錄

• 對(duì)高級(jí)天氣預(yù)測(cè)的關(guān)鍵需求
• Gencast：AI對(duì)天氣預(yù)報(bào)的影響
• Gencast如何運(yùn)作
• Gencast的主要特徵
• 通過AI無與倫比的速度和準(zhǔn)確性
• 極端天氣的精確預(yù)測(cè)
• Gencast迷你演示
• 實(shí)施Gencast Mini
• 實(shí)際應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)
• 推進(jìn)我們的氣候理解
• 開源合作：Gencast的未來

對(duì)高級(jí)天氣預(yù)測(cè)的關(guān)鍵需求

對(duì)於人類生活的幾乎每個(gè)方面，準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)至關(guān)重要。從日常工作到農(nóng)業(yè)和可再生能源生產(chǎn)等大型運(yùn)營，了解天氣模式至關(guān)重要。傳統(tǒng)的基於物理的模型雖然強(qiáng)大，但需要巨大的計(jì)算資源，並且通常提供單一的確定性預(yù)測(cè)，這些預(yù)測(cè)可能缺乏不可預(yù)測(cè)的事件所需的準(zhǔn)確性。這突出了對(duì)先進(jìn)預(yù)測(cè)能力的迫切需求。

Gencast：AI對(duì)天氣預(yù)報(bào)的影響

Google的Gencast採用了??一種概率集合預(yù)測(cè)方法，克服了傳統(tǒng)方法的局限性。 Gencast不是單個(gè)預(yù)測(cè)，而是產(chǎn)生多種潛在的天氣情況（通常超過50個(gè)），每個(gè)場(chǎng)景分配了概率。這種概率方法提高了準(zhǔn)確性，並提供了對(duì)潛在結(jié)果的更全面的理解，包括固有的不確定性。

Gencast如何運(yùn)作

Gencast利用了擴(kuò)散模型的功能，一種機(jī)器學(xué)習(xí)也用於生成AI。至關(guān)重要的是，Gencast適應(yīng)了地球的球形幾何形狀，從而實(shí)現(xiàn)了與全球相關(guān)的天氣預(yù)測(cè)。 Gencast對(duì)40年的ECMWF數(shù)據(jù)（溫度，風(fēng)速，壓力等）進(jìn)行了培訓(xùn)，以高分辨率（0.25°）建模全球天氣模式，從而顯著提高了預(yù)測(cè)精度。它根據(jù)當(dāng)前和過去的條件對(duì)未來天氣狀態(tài)的條件概率分佈進(jìn)行建模。

Gencast的主要特徵

Gencast的主要功能包括：

• 高分辨率全球覆蓋範(fàn)圍： 0.25°緯度長度分辨率用於詳細(xì)的全球預(yù)測(cè)。
• 快速預(yù)測(cè)生成：使用Cloud TPUV5在大約8分鐘內(nèi)生成15天的預(yù)測(cè)。
• 概率預(yù)測(cè)：模擬未來天氣狀態(tài)的條件概率分佈。
• 複雜的體系結(jié)構(gòu)：採用編碼器處理器 - 模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，具有圖形變壓器，以有效地處理空間依賴性。
• 廣泛的培訓(xùn)數(shù)據(jù)：經(jīng)過ECMWF的40年ERE5重新分析數(shù)據(jù)培訓(xùn)。
• 集合預(yù)測(cè)：在初始條件下結(jié)合不確定性，以生成多個(gè)預(yù)測(cè)軌跡。

通過AI無與倫比的速度和準(zhǔn)確性

Gencast的速度非常出色。一個(gè)Google Cloud TPU V5在短短8分鐘內(nèi)就產(chǎn)生了15天的預(yù)測(cè)，這比傳統(tǒng)模型有了顯著改善。通過平行處理集合預(yù)測(cè)來實(shí)現(xiàn)此速度。針對(duì)ECMWF的ENS模型進(jìn)行的嚴(yán)格測(cè)試顯示，Gencast在97.2％的案例中的表現(xiàn)優(yōu)於它，這表明了卓越的準(zhǔn)確性，尤其是對(duì)於極端天氣事件。

極端天氣的精確預(yù)測(cè)

Gencast擅長預(yù)測(cè)極端天氣事件（熱浪，冷咒，大風(fēng)），從而及時(shí)預(yù)防措施。它在預(yù)測(cè)熱帶氣旋路徑方面的出色準(zhǔn)確性為災(zāi)難準(zhǔn)備提供了寶貴的高級(jí)警告。

Gencast迷你演示

進(jìn)一步探索：

• 代碼： github repo
• 權(quán)重： Google存儲(chǔ)
• 論文：機(jī)器學(xué)習(xí)的概率天氣預(yù)測(cè)

Gencast Mini實(shí)施（摘錄）

（ gencast_mini_demo.ipynb了詳細(xì)的代碼實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)

Gencast的應(yīng)用程序超出了災(zāi)難管理。其準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)可改善可再生能源計(jì)劃（尤其是風(fēng)能），增強(qiáng)糧食安全和農(nóng)業(yè)以及支持公共安全。

推進(jìn)我們的氣候理解

Gencast是一項(xiàng)更廣泛的Google計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃旨在推進(jìn)AI驅(qū)動(dòng)的天氣預(yù)報(bào)，並補(bǔ)充其他模型，例如NeuralGCM和種子。這種協(xié)作方法結(jié)合了AI和傳統(tǒng)氣象，以獲得最佳結(jié)果。

開源合作：Gencast的未來

Google對(duì)Gencast的代碼，權(quán)重和預(yù)測(cè)的開源促進(jìn)了合作，並加速了天氣預(yù)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。這種協(xié)作的努力將提高全球?qū)夂蜃兓蜆O端天氣的韌性。

結(jié)論

Gencast代表了天氣預(yù)測(cè)中的一個(gè)重大飛躍，結(jié)合了AI和傳統(tǒng)方法，以更快，更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。它的開源性質(zhì)和出色的性能位置，以改變我們?nèi)绾翁幚硖鞖忸A(yù)測(cè)和氣候適應(yīng)性。 AI和傳統(tǒng)方法之間的持續(xù)合作將繼續(xù)改善天氣預(yù)測(cè)，從而使全球社區(qū)受益。

以上是Google的Gencast：Gencast Mini Demo的天氣預(yù)報(bào)的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！