风乌、盘古实现极端天气预警,中国气象大模型道阻且长

从古时没有精密的仪器能够测量出气象的变化,古人总结出了一套以日、月、云彩为参考的天气预报理论,其中通过日晕、月晕、云彩走向来判断天气的方法,再到如今气象站可以通过气象卫星、气象雷达等科技手段对气象发展进行监测和预测。

近年来,受全球气候变化影响,极端天气发生的频率增大,更加精准、更为提前的预警预报成为当下气象预测的难题。每年夏天是我国台风多发时节,在我国濒临的北太平洋西部海区,每年发生的台风数超过全球台风总数的三分之一。

在今年5月27日世界气象组织峰会上,三小时内降水临近预报就被列为了未解决的重要科学难题之一。

值得注意的是,在今年7月,清华大学与中国气象局合作开发的大模型「NowcastNet」成功解决了极端降水天气临近预报的世界级难题。该模型能够在公里尺度下预报0-3小时的极端降水,包括短时强降水、暴风雨、暴雪、冰雹等。AI拿捏台风,大模型实战告捷

大模型在气象方面的预测看似和大众生活关联性不高,但如果大模型能够精准预测极端天气,并能够实现较长时间的提前预警,就能够很好的保障人民群众的生命财产安全,尽可能降低因极端天气造成的影响。

自7月29日20时开始,受到台风“杜苏芮”影响,京津冀持续强降雨。中央气象台3天连发7次暴雨红色预警。截至8月2日07时,北京降雨量极值出现在昌平的王家花园水库,为744.8毫米,成为北京地区有仪器测量记录140年以来排位第一的降雨量。

图源:新华网

对于本轮强降雨影响,中央气象台首席预报员方翀解释,“杜苏芮”本身携带了大量水汽,补给也很充足——其东侧存在的副热带高压使得二者之间气压梯度很强,京津冀地区东风、东南风显著增强,水汽一路畅通无阻向北输送。同时,位于西太平洋上的台风“卡努”已成气候,较强的东南风会远距离将“卡努”附近的水汽源源不断地输送到华北平原。两条水汽通道带来不同寻常的水汽条件,因此降水量极大。

而在台风登陆前夕,就已经有大模型能够预测本次台风发展路径。

上海人工智能实验室(上海AI实验室)基于原创研发的风乌气象大模型,对台风路径进行预测,实现了准确预报。

资料显示,基于7月21-7月27日多个起报时刻预报路径及台风实际路径对比,风乌提前24小时误差值为38.7公里,精确度优于气象预报国际权威机构欧洲中期气象预报中心(ECMWF)的54.11公里,美国国家环境预报中心(NCEP)的54.98公里;提前120小时预报数值对比显示,风乌误差值为121.4公里,明显优于ECMWF的293.8公里以及NCEP的826.5公里。

图源:网络
图源:欧洲中期天气预报中心官网

其中,盘古气象大模型也在今年台风路径的预报中获得运用。此外,根据气象学家统计数据显示,由复旦大学开发的伏羲、上海人工智能实验室开发的风乌、华为云开发的Pangu-Weather、阿里开发的SwinVRNN有效预报时效分别能达到约10.8天、10.75天、超7天。

图源:气象学家

对此,北京市某气象局工作人员向大模型之家表示,传统的数值预报模式需要从温度、降水量、气压、风速、湿度和云量等天气变量中,总结了一套异常复杂的数学物理方程,来模拟大气状态。向超级计算机输入这些变量,求解方程,得到未来天气状态。

气象大模型是一种基于人工智能高效、精准、创新的全球气象预测方法,在本次台风“杜苏芮”预测中展现出了发展潜力,也在欧洲中期天气预报中心得到了应用和认可。

大模型之家认为,在本次灾害预警中,气象大模型的初露身手,也为其发展奠定了基础,进入“百模大战”的新时代,企业及科研单位需要深入思考大模型的应用方向,要将大模型切实投入到城市发展、金融科技、生物医药、工业制造、科学研究等领域,才能为产业刚需带来实在价值。大模型的背后,是科技战略的竞争

大模型非常依赖再分析数据,其中气象大模型是重新融合与最优集成了各种类型与来源的数据,包括观测资料与短期数值天气预报产品的数据集。但目前大模型的训练数据中,这类数据量较少,极有可能会低估极端天气所造成的影响。

公开资料显示,国际再分析数据集包括:欧洲ERA5、日本JRA55、美国CFSR等,中国则有CRA,目前很多机构在研究时,仍然选择日本的数据与欧美的数据相互验证,而不是中国的数据,这背后是科技实力的竞争。

图源:AI生成

近日,中国气象局印发《人工智能气象应用工作方案(2023—2030年)》。方案明确指出,到2025年,确定人工智能气象应用发展路线图,形成“542”整体框架布局,即初步建立人工智能大数据库、算力环境、算法模型、开放平台和检验评估的“五大基础”支撑;启动气象预报大模型等新兴技术研发,开展人工智能新兴技术与监测预警、预报预测、数值预报和专业服务“四大领域”融合;优化人工智能创新合作和人才培养,成果转化和知识产权保护的“两大保障”环境。到2030年,人工智能气象应用发展水平进入世界前列,业务能力建设取得重大进展。

与此同时,大模型的出现也为中国人工智能行业提供了良好的发展机会。根据大模型之家测算,中国大模型产业市场规模将达到147亿元人民币,并在2028年达到1179亿元人民币,平均增速高于世界平均增长速率。目前,中国和美国在大模型领域的研发数量占据全球总数的80%以上,其中中国的大模型数量仅次于美国。

大模型成为了一个通用的、高效的、智能的平台,为各种应用提供强有力的支持。它的出现改变了传统算法开发和应用的方式,加速了人工智能技术的推广和落地。大模型的发展为各行各业带来了无限的可能性,为企业和组织带来了更多创新和增长的机会。

同时,《AI大模型产业创新价值研究报告》指出,当前大模型能够解决人工智能产业的3大痛点:用泛化能力解决数据不足、优化开发环境降低开发成本、多模态能力满足多元场景需求。

目前,国产大模型产品与实体产业深度融合方面已取得了一系列的成果。以华为云盘古大模型为例,在多个领域展示了行业大模型的巨大潜力。

中国工程院院士邬贺铨指出,Chat类的大模型引发新一轮热潮,但对话、写诗、作画绝不是大模型的全部。我们需要去深入思考大模型的应用方向,要将大模型切实投入到城市发展、金融科技、生物医药、工业制造、科学研究等领域,也需要专业的企业和组织加速其在实体产业落地,为产业刚需带来实实在在的大价值,去真正意义大规模服务社会。

大模型之家认为,人工智能通用大模型的出现,为行业大模型提供了坚实的底座支撑,能否立足于产业、落实于产业成为当下大模型发展的主要趋势,同时,也需要加强数据安全和隐私保护,确保大模型的应用不会侵犯个人权益。相信在各方的共同努力下,人工智能大模型将会在未来的产业中发挥更加重要的作用,带来更多的便利和惊喜。

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