המודל המטאורולוגי מציג ביצועים חזקים במהירות ובדיוק בהשוואה לתחזית המסורתית
שנז’ן, סין, 7 ביולי 2023 /PRNewswire/ — HUAWEI CLOUD הודיעה כי מאמר על מודל ה-Pangu Weather AI פורץ הדרך שלה פורסם על-ידי Nature, אחד מכתבי העת המדעיים המובילים בעולם.
הפרסום מציין את הפעם הראשונה שעובדי חברת טכנולוגיה סינית הם המחברים הבלעדיים של מאמר Nature, לדברי Nature Index. המאמר, המתאר כיצד לפתח מערכת בינה מלאכותית לחיזוי מזג אוויר גלובלית מדויקת המבוססת על למידה עמוקה תוך שימוש בנתונים שנאספו במשך 43 שנים, הופיע בכתב העת היוקרתי ב-5 ביולי 2023.
Pangu-Weather הוא מודל חיזוי באמצעות בינה מלאכותית הראשון שמפגין דיוק גבוה יותר משיטות תחזית מזג האוויר המספריות המסורתיות. המודל מאפשר שיפור של פי 10,000 במהירות החיזוי, תוך צמצום זמן חיזוי מזג האוויר העולמי לשניות בלבד. המאמר, שכותרתו “חיזוי מזג אוויר גלובלי מדויק לטווח בינוני עם רשתות עצביות תלת-ממדיות”, מספק אימותים עצמאיים של יכולות אלו.
Pangu-Weather מערערת על ההנחות הקודמות, לפיהן הדיוק של תחזית מזג האוויר בינה מלאכותית נחות מזה של התחזיות המספריות המסורתיות. המודל, שפותח על-ידי צוות HUAWEI CLOUD, הוא מודל חיזוי באמצעות בינה מלאכותית הראשון עם דיוק גבוה יותר משיטות החיזוי המספריות המסורתיות.
עם ההתפתחות המהירה של כוח המחשוב במהלך 30 השנים האחרונות, הדיוק של תחזית מזג האוויר המספרית השתפר באופן דרמטי, מה שמספק אזהרות מפני אסונות קיצוניים ותחזיות של שינויי אקלים. עם זאת, השיטה עדיין דורשת זמן רב יחסית. כדי לשפר את מהירויות החיזוי, חוקרים בחנו כיצד להשתמש בשיטות למידה עמוקה. עם זאת, הדיוק של חיזוי המבוסס על בינה מלאכותית לתחזיות לטווח בינוני וארוך נותר נחות מהתחזיות המספריות. ברוב המקרים, הבינה המלאכותית לא הצליחה לחזות מזג אוויר קיצוני ויוצא דופן כמו סופות טייפון.
כ-80 סופות טייפון מתרחשות ברחבי העולם בכל שנה. בשנת 2022, בסין לבדה, ההפסד הכלכלי הישיר שנגרם על-ידי סופות טייפון היה 5.42 מיליארד יואן, כך עולה מנתוני משרד החירום הסיני. ככל שניתן לשלוח אזהרות מוקדם יותר, כך קל יותר לבצע הכנות נאותות וטובות יותר.
בגלל מהירותם, מודלי תחזית מזג האוויר המופעלים באמצעות בינה מלאכותית הם אטרקטיביים אך חסרים בדיוק משתי סיבות. ראשית, דגמי החיזוי המטאורולוגיים המופעלים באמצעות בינה מלאכותית הקיימים מבוססים על רשתות עצביות דו-ממדיות, שאינן יכולות לעבד היטב נתונים מטאורולוגיים תלת-ממדיים לא אחידים. שנית, כאשר המודל מועלה יותר מדי פעמים, תחזית מזג אוויר לטווח בינוני עלולה לסבול משגיאות תחזית מצטברות.
איך Pangu-Weather מתמודד עם אתגרים אלה
במהלך ניסויים מדעיים, המודל Pangu-Weather הוכיח את הדיוק הגבוה יותר שלו בהשוואה לשיטות חיזוי מספריות מסורתיות עבור תחזיות של שעה עד 7 ימים, עם עלייה של פי 10,000 במהירות החיזוי. המודל יכול לחזות במדויק תכונות מטאורולוגיות עדינות תוך שניות, לרבות לחות, מהירות רוח, טמפרטורה ולחץ פני הים.
המודל משתמש בארכיטקטורת 3D Earth-Specific Transformer (3DEST) לעיבוד נתונים מטאורולוגיים תלת-ממדיים מורכבים שאינם אחידים. באמצעות אסטרטגיית צבירה היררכית זמנית, המודל הוכשר למרווחי תחזית שונים תוך שימוש במרווחים של שעה, 3 שעות, 6 שעות ו-24 שעות. הדבר הביא למזעור כמות החזרות לחיזוי מצב מטאורולוגי בזמן מסוים להפחתה בתחזיות שגויות.
כדי לאמן את המודל למרווחי זמן ספציפיים, החוקרים אימנו 100 עידנים (מחזורים) באמצעות דגימות שעתיות של נתוני מזג אוויר בין השנים 1979-2021. כל אחד מתת הדגמים שנוצרו דרש 16 ימי הדרכה על 192 כרטיסי מסך V100. דגם Pangu-Weather יכול כעת להשלים תחזיות מזג אוויר גלובליות של 24 שעות ב-1.4 שניות בלבד בכרטיס מסך V100, שיפור של פי 10,000 בהשוואה לתחזית המספרית המסורתית.
בבואו להסביר מדוע צוות HUAWEI CLOUD AI בחר להתמקד בתחזיות מזג האוויר, ד”ר טיאן צ’י, המדען הראשי של תחום הבינה המלאכותית ב-HUAWEI CLOUD, עמית ב-IEEE וחבר באקדמיה האירופית הבינלאומית למדעים, הסביר: “חיזוי מזג האוויר הוא אחד התרחישים חשובים בתחום המחשוב המדעי, מכיוון שחיזוי מטאורולוגי הוא מערכת מורכבת מאוד, אך עם זאת קשה לכסות את כל ההיבטים של ידע מתמטי ופיזיקלי. לכן אנו שמחים שהמחקר שלנו זכה להכרה על-ידי כתב העת Nature. מודלי בינה מלאכותית יכולים לזקק חוקים סטטיסטיים של אבולוציה אטמוספרית מנתונים מסיביים. נכון להיום, Pangu-Weather בעיקר משלימה את עבודת מערכת החיזוי, ויכולתה העיקרית היא לחזות את התפתחותם של מצבים אטמוספריים. המטרה הסופית שלנו היא לבנות מסגרת לחיזוי מזג אוויר מהדור הבא באמצעות טכנולוגיות בינה מלאכותית כדי לחזק את מערכות החיזוי הקיימות. “
בהתייחסם למשמעות ואיכות המחקר של HUAWEI CLOUD, מבקרים אקדמיים מ-Nature הסבירו שלא רק ש-Pangu-Weather קל מאוד להורדה ולהפעלה, אלא שהוא רץ במהירות אפילו במחשב שולחני. המשמעות היא שכל אחד בקהילה המטאורולוגית יכול כעת להריץ ולבדוק את המודלים הללו כרצונו. זוהי הזדמנות מצוינת לקהילה לחקור עד כמה המודל מנבא תופעות ספציפיות. הדבר יסייע להתקדמות בתחום. מבקר אחר ציין שהתוצאות עצמן הן צעד משמעותי מעבר לתוצאות קודמות. עבודה זו תגרום לאנשים להעריך מחדש כיצד עשויים להיראות מודלים של תחזית בעתיד.
במאי 2023, סופת הטייפון מאוואר משכה את תשומת הלב של העולם בהיותה הציקלון הטרופי החזק ביותר של השנה עד כה. לפי המינהל המטאורולוגי של סין, Pangu-Weather חזה במדויק את מסלולו של הטייפון מאוואר חמישה ימים לפני ששינה את מסלולו במים שממזרח לאיי טייוואן.
בנוסף, כדי לקדם ברציפות מודלים מובילים של תחזית מזג אוויר של בינה מלאכותית, חיוני גם שתהיינה סביבות ענן יציבות, חבילות עבודה ותפעול ותחזוקה מתאימים.
