AI大模型的發(fā)展讓氣象預(yù)報(bào)從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)和數(shù)值模擬方法，邁向了革命性的突破數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和智能化的新階段，也催生了一批氣象大模型。

AI大模型“突破”氣象預(yù)報(bào)

6月3日，復(fù)旦大學(xué)和上海科學(xué)智能研究院聯(lián)合發(fā)布全新升級(jí)的伏羲系列氣象大模型2.0，成立以“伏羲”2.0為核心的智能氣象創(chuàng)新生態(tài)聯(lián)盟。“伏羲”2.0在中期天氣預(yù)報(bào)和次季節(jié)預(yù)測(cè)方面均有突破，且面向新能源、航空運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。

近期，微軟也發(fā)布首個(gè)大規(guī)模大氣基礎(chǔ)模型Aurora，可被用于預(yù)測(cè)和減輕極端天氣影響，模型擁有超高的準(zhǔn)確率和效率，與如今數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)界的SOTA相比，它的計(jì)算速度提高了約5000倍。

傳統(tǒng)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）基于大氣動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)數(shù)值方法求解，存在計(jì)算量大、耗時(shí)長(zhǎng)、難以捕捉復(fù)雜非線性關(guān)系等局限性。

而氣象大模型則利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，從海量氣象數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)復(fù)雜的非線性關(guān)系，構(gòu)建端到端的預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)精度和計(jì)算效率的雙重提升。

目前全球所使用的AI氣象大模型主要有華為云的盤古氣象大模型、復(fù)旦大學(xué)和上海人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)的伏羲、上海人工智能實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的風(fēng)烏、阿里巴巴的SwinVRNN、谷歌Deep Mind開發(fā)的GraphCast、清華大學(xué)和中國(guó)氣象局開發(fā)的NowcastNet、英偉達(dá)Nvidia開發(fā)的FourCastNet、微軟、華盛頓大學(xué)開發(fā)的DLWP以及ECMWF開發(fā)的CNN等。

這些模型各有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景，從極端短期預(yù)報(bào)到長(zhǎng)期全球天氣變化的預(yù)測(cè)，都展示了AI技術(shù)在氣象領(lǐng)域的巨大潛力，并且在不斷升級(jí)，同時(shí)氣象大模型的種類和數(shù)量也在不斷增加。

例如，在2023年，針對(duì)兩次登陸的臺(tái)風(fēng)“泰利”和“杜蘇芮”，“風(fēng)烏”模型進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)評(píng)估。結(jié)果顯示，該模型在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用潛力，為臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警提供了有力的支持。

此次發(fā)布的伏羲2.0版本對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化，提高了時(shí)空分辨率，實(shí)現(xiàn)了未來(lái)15天0.1度逐小時(shí)的氣象預(yù)測(cè)。此外，還構(gòu)建了海氣耦合模型，納入風(fēng)浪、涌浪、海溫等要素，提升了全球風(fēng)、浪、流、能見(jiàn)度等預(yù)測(cè)精度。

Aurora模型天氣預(yù)測(cè)

Aurora模型在超過(guò)100萬(wàn)小時(shí)的天氣模擬中訓(xùn)練，具有1.3B參數(shù)量，能以0.1度高分辨率運(yùn)行，捕捉大氣過(guò)程的復(fù)雜細(xì)節(jié)，同時(shí)還保持了出色的多功能性，能預(yù)測(cè)溫度、風(fēng)速、空氣污染水平和溫室氣體濃度等多種大氣變量。

今年2月，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)發(fā)布了2023年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，其中，“AI大模型為精準(zhǔn)天氣預(yù)報(bào)帶來(lái)新突破”位列第一。

不僅是天氣預(yù)報(bào)，氣象大模型的應(yīng)用場(chǎng)景正快速?gòu)膫鹘y(tǒng)的天氣預(yù)報(bào)向更廣泛的領(lǐng)域拓展，賦能各行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)。

在新能源領(lǐng)域，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電受天氣影響較大，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)風(fēng)速、日照強(qiáng)度等氣象要素，可以有效提高發(fā)電效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

“伏羲”2.0是全球首個(gè)針對(duì)新能源優(yōu)化的氣象大模型，帶來(lái)更準(zhǔn)確的風(fēng)速、輻照和發(fā)電能力預(yù)測(cè)，能夠優(yōu)化風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的效率、平衡電網(wǎng)負(fù)荷、減少棄風(fēng)棄光等。

國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，伏羲中期天氣預(yù)報(bào)大模型提供的精準(zhǔn)風(fēng)速和輻照預(yù)報(bào)，能夠大幅提高新能源電力的調(diào)度和管理效率。

伏羲中期天氣預(yù)報(bào)大模型運(yùn)營(yíng)于多個(gè)領(lǐng)域

在航空運(yùn)輸領(lǐng)域，氣象大模型可以提供更精細(xì)的航線氣象預(yù)報(bào)，幫助航空公司優(yōu)化航線規(guī)劃，降低飛行風(fēng)險(xiǎn)，提高航班準(zhǔn)點(diǎn)率。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受天氣影響顯著，氣象大模型可以提供精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)，例如作物生長(zhǎng)預(yù)測(cè)、病蟲害預(yù)警等，幫助農(nóng)民科學(xué)管理農(nóng)田，提高產(chǎn)量，降低損失。

在災(zāi)情預(yù)警領(lǐng)域，極端天氣事件頻發(fā)，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警信息是減少損失的關(guān)鍵。例如，Aurora模型可以提前預(yù)測(cè)某地區(qū)可能發(fā)生的洪澇災(zāi)害，幫助政府及時(shí)組織人員撤離，降低災(zāi)害帶來(lái)的損失。

氣象大模型作為氣象預(yù)報(bào)領(lǐng)域的一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，正在推動(dòng)氣象服務(wù)走向智能化、精細(xì)化的新階段。

同時(shí)，氣象大模型的發(fā)展并非孤立的，而是與其他技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展相互交融，才能真正發(fā)揮其價(jià)值。加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，構(gòu)建開放共享的平臺(tái)，共同推動(dòng)氣象大模型的落地應(yīng)用，將有效促進(jìn)智能氣象生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建。