随着地球变暖和海平面上升，极端天气事件已成为常态。越来越严重的飓风登陆时会带来风暴破坏和 洪水。就在本周，世界经历了 有记录以来最热的三天。
及时收到灾难性飓风或热浪（例如美国南部和中西部最近的酷热天气，日最高气温飙升至112华氏度）的预警，这可能生与死的区别。问题是，即使是日常天气预测，有时仍然是靠运气。AI可以提供帮助。
7月5日发表在《自然》杂志上的一 系列 研究 描述了两个可改进天气预报的AI模型的实用性。第一个基于AI的系统名为Pangu-Weather，它能够提前一周预测全球天气。第二个系统名为NowcastNet，它可以提前六小时准确预测降雨量，这将使气象学家能够更好地实时研究天气模式。
华为云高级研究员、其中一项研究的合著者 Lingxi Xie 解释说，Pangu-Weather和其他方法展示了AI在极端天气预警方面的潜力，特别是对于欠发达国家。“
大多数国家使用数值天气预报模型，该模型使用数学方程来创建大气和海洋的计算机模拟。当您查看AccuWeather或手机上的天气应用时，数据来自数值天气预报，用于预测未来天气。科罗拉多州立大学气候学家 Russ Schumacher（未参与这两项研究）称这些预报工具是经过数十年努力取得的重大科学成就。“它们带来了预报的重大进展，并且由于更多的数据、模型的改进以及更先进的计算机，预报正持续变得更加准确。”
但Xie指出，“AI在数值天气预报方面具有优势，其速度比传统的基于仿真的模型快几个数量级。” 数值模型通常无法预测龙卷风或冰雹等极端天气灾害。更重要的是，与AI系统不同，它们需要大量的计算能力和数小时才能生成一个模拟。
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为了训练Pangu-Weather模型，Xie及其同事将39年的全球天气数据输入系统，使其能够预测温度、压力和风速。与数值天气预报方法相比，Pangu-Weather速度快了10,000倍，且准确度不相上下。Pangu-Weather还包含一个3D模型，这与过去的AI预测系统不同，它允许记录不同压力层的大气状态，进一步提高了其准确性。
Pangu-Weather可以提前五到七天预测天气模式。然而，该AI模型无法预测降水——而这对于预测龙卷风和其他极端事件至关重要。第二项《自然》研究通过其NowcastNet模型填补了这一空白。
与Pangu-Weather不同，NowcastNet专注于对局部地区极端降雨模式进行详细、逼真的描述。NowcastNet使用美国和中国的雷达观测数据以及深度学习方法，在长达3小时内预测美国东部和中部160万平方英里区域的降雨率。此外，中国62名气象学家测试了NowcastNet，在可靠预测暴雨方面，它在四种其他领先的天气预报方法中排名第一，预测准确率为71%。
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未参与这两项研究的国家科学基金会天气、气候和沿海海洋学可信AI研究所所长 Amy McGovern 表示：“所有这些生成式AI模型都很有前景。” 但她补充说，在这些AI模型能够完全取代当前的天气预报系统之前，还需要进行一些改进。
McGovern提出的第一个担忧是缺乏基于物理学的数学方程。考虑水分、空气和热量在大气中移动的物理过程将产生更准确的预测。“这些论文仍然是概念验证，”她说，“并且没有使用物理定律来预测极端天气。” 第二个担忧，也是AI技术普遍存在的一个主要缺点，是 编码的偏见。AI的好坏取决于它被喂养的数据。如果它被低质量数据或不能代表某个地区的信息训练，AI预报员在一个地区可能不够准确，而在另一个地区仍然很有用。
随着AI在从艺术到医学的各个领域不断扩展，气象学也不会被落下。尽管目前的AI系统还需要进一步发展，但McGovern对未来做出了自己的预测：“再过5到10年，我们将对这些模型能做什么感到惊叹。”
