8分鐘預(yù)測(cè)15天：谷歌GenCast AI模型登場(chǎng)，樹立天氣預(yù)報(bào)新標(biāo)桿

　　谷歌 DeepMind 團(tuán)隊(duì)昨日(12 月 4 日)發(fā)布博文，推出全新 AI 氣象模型 GenCast，能夠提前 15 天提供更快速、更精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)，其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度超越了歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）的 ENS 系統(tǒng)。

　　項(xiàng)目背景

　　天氣影響我們所有人，塑造著我們的決策、安全和生活方式。

　　注：隨著氣候變化導(dǎo)致更多極端天氣事件，準(zhǔn)確可靠的預(yù)報(bào)比以往任何時(shí)候都更加重要。然而，天氣無(wú)法完美預(yù)測(cè)，而且?guī)滋旌蟮念A(yù)報(bào)尤其不確定。

　　由于完美的天氣預(yù)報(bào)是不可能的，科學(xué)家和氣象機(jī)構(gòu)使用概率集合預(yù)報(bào)，即模型預(yù)測(cè)一系列可能的天氣情景。

　　這種集合預(yù)報(bào)比依賴單一預(yù)報(bào)更有用，為決策者提供了未來(lái)幾天和幾周內(nèi)可能出現(xiàn)的天氣狀況以及每種情景的可能性更全面的信息。

　　GenCast 模型

　　現(xiàn)有的天氣模型建立在確定性天氣模型之上，僅提供對(duì)未來(lái)天氣的單一最佳估計(jì)，而 GenCast 預(yù)測(cè)集合包含 50 個(gè)或更多預(yù)測(cè)，每個(gè)預(yù)測(cè)代表一種可能的天氣軌跡。

　　GenCast 是一種擴(kuò)散模型，這種生成式 AI 模型支撐了圖像、視頻和音樂(lè)生成領(lǐng)域的最新快速發(fā)展。然而，GenCast 與這些模型不同，它適用于地球的球面幾何形狀，并在獲得最新的天氣狀態(tài)作為輸入后，學(xué)習(xí)準(zhǔn)確生成未來(lái)天氣情景的復(fù)雜概率分布。

　　GenCast 使用 ECMWF ERA5 檔案中四十年的歷史氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，數(shù)據(jù)包括溫度、風(fēng)速、氣壓等變量，模型直接從這些數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)全球天氣模式，分辨率高達(dá) 0.25°。

　　在 Google Cloud TPU v5 上，GenCast 只需 8 分鐘即可生成一個(gè) 15 天的天氣預(yù)報(bào)，并且集合中的每個(gè)預(yù)測(cè)都可以并行生成，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)物理模型的計(jì)算速度。

　　GenCast 性能評(píng)估與應(yīng)用：

　　使用 2018 年前的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，2019 年的數(shù)據(jù)測(cè)試，GenCast 在 1320 種不同變量和提前時(shí)間的組合測(cè)試中，準(zhǔn)確率超過(guò) ENS 的 97.2%，在提前 36 小時(shí)以上的預(yù)測(cè)中，準(zhǔn)確率更是高達(dá) 99.8%。

　　此外 GenCast 在預(yù)測(cè)極端高溫、低溫和強(qiáng)風(fēng)等方面持續(xù)優(yōu)于 ENS，并能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng) / 颶風(fēng)的路徑，例如對(duì)臺(tái)風(fēng)“海貝思”的路徑預(yù)測(cè)。