Các nhà phát triển của Anh và Canada ra mắt Aardvark Weather mới được hỗ trợ bởi AI

Aardvark Weather, một mô hình AI sáng tạo được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Vương quốc Anh và Canada, có tiềm năngcách mạng hóa dự báo thời tiết toàn cầu bằng cách thay thế các phương pháp mô phỏng truyền thống bằng công nghệ học sâu để nâng cao hiệu quả về chi phí và độ chính xác.

Nhóm nghiên cứu, bao gồm các chuyên gia từ Đại học Cambridge, Viện Vector tại Đại học Toronto, Viện Alan Turing và những người khác, đã tiết lộ những phát hiện mang tính đột phá của họ trong mộtbáo cáo gần đây của Nature.

Không giống như các mô hình thông thường dựa vào các phương trình vật lý khí quyển phức tạp, Aardvark Weather sử dụng công nghệ học sâu để tạo ra các dự báo toàn cầu cho các biến số chính như gió, độ ẩm, thế năng địa chất và nhiệt độ trên nhiều mức áp suất.

Ngoài ra, nó còn đưa ra dự báo cục bộ về nhiệt độ ở độ cao 2 mét và tốc độ gió ở độ cao 10 mét.

Bằng cách tận dụng khả năng học sâu để xác định các mẫu trong các tập dữ liệu lớn, Aardvark Weather có thể tăng đáng kể độ phân giải và tần suất dự báo, nâng cao cả tốc độ và độ chính xác.

Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Vector của Đại học Toronto James Requeima cho biết:

“Hiện tại, có một số thành phần tốn kém về mặt tính toán trong quy trình dự báo. Chúng tôi đã có thể thay thế nhiều thành phần tốn thời gian này bằng các mô hình nhẹ hơn nhiều được đào tạo để thực hiện các nhiệm vụ tương tự.”

Ông nói thêm:

“Chúng tôi thấy rằng khi các thành phần máy học này được kết nối với nhau, hiệu suất tổng thể được cải thiện đáng kể. Bằng cách tinh chỉnh toàn bộ đường ống cho nhiệm vụ cuối cùng mà chúng tôi đang nhắm tới, chúng tôi có thể tối ưu hóa từng thành phần không chỉ cho vai trò riêng biệt của nó mà còn cho cách nó đóng góp vào kết quả mà chúng tôi quan tâm nhất.”

Dự án, cũng bao gồm sự hợp tác với Microsoft Research Cambridge, ECMWF và Khảo sát Nam Cực của Anh, nhằm mục đích thay thế từng bước trong quy trình dự báo, chuyển đổi dữ liệu thô thànhdự báo thời tiết chính xác và kịp thời.

Thời tiết Aardvark được hỗ trợ bởi AI

Aardvark Weather khai thác dữ liệu khí quyển thô, bao gồm các phép đo áp suất, nhiệt độ và độ ẩm, để tạo ra dữ liệu có độ phân giải caodự báo trên cả quy mô toàn cầu và địa phương.

Hệ thống hoạt động thông qua ba thành phần thần kinh cốt lõi: bộ mã hóa, bộ xử lý và bộ giải mã.

Bộ mã hóa: Chuyển đổi dữ liệu quan sát thô, không có cấu trúc thành dạng biểu diễn khí quyển có cấu trúc dạng lưới.

Bộ xử lý: Sử dụng dữ liệu dạng lưới này để đưa ra dự báo thời tiết.

Bộ giải mã: Chuyển đổi dự báo thành những dự đoán cụ thể, mang tính địa phương.

Để tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao độ chính xác, mỗi thành phần ban đầu được đào tạo trước trên dữ liệu phân tích lại ERA5, một tập dữ liệu lịch sử chất lượng cao do ECMWF cung cấp.

Sau đó, mô hình được tinh chỉnh bằng cách sử dụng các quan sát thời tiết thực tế, đảm bảo mô hình có thể thích ứng với các điều kiện hiện tại và cung cấp dự báo chính xác.

Requeima phát biểu:

“Nhìn chung, quá trình đồng hóa dữ liệu hoạt động giống như một quy trình tự hồi quy. Bạn bắt đầu với dự báo khí quyển hiện tại, được tạo ra bởi các hệ thống động lực học lớn ước tính trạng thái hiện tại của nó. Tại thời điểm bằng không, bạn có trạng thái ban đầu này. Nhưng quá trình đồng hóa dữ liệu cũng cần kết hợp các phép đo thời gian thực từ các cảm biến từ xa. Vì vậy, bạn thu thập các quan sát thực tế cùng với dự báo của mô hình và điều chỉnh ước tính khí quyển của mình cho phù hợp.”

Chi phí thấp hơn, ít tốn thời gian hơn và hiệu quả hơn

Cácbáo cáo làm nổi bật hiệu quả đáng chú ý của Aardvark, lưu ý rằng nó có thể đưa ra dự báo toàn cầu đầy đủ chỉ trong một giây chỉ bằng cách sử dụng bốn GPU NVIDIA A100.

Điều này trái ngược hẳn với các mô hình cũ hơn, như Trung tâm tầm trung châu ÂuDự báo thời tiết ' dự báo có độ phân giải cao, có thể mất nhiều giờ để chạy.

Sự giảm đáng kể về sức mạnh tính toán này mở ra khả năng dự báo chất lượng cao, có thể tùy chỉnh cho các khu vực và tổ chức không có đủ nguồn lực cho các hệ thống dự báo thời tiết số (NWP) truyền thống.

Hơn nữa, nó cho phép điều chỉnh mô hình nhanh hơn nhiều.

Aardvark là một phần của bộ công cụ AI đang phát triển được thiết kế để nâng caodự báo khí tượng , đặc biệt là trong việc ứng phó với các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt.

Ví dụ, trong những cơn bão gần đây như bão Helene và bão Milton, đổ bộ vào Bờ Đông Hoa Kỳ vào tháng 10 năm 2024, AI đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện dự đoán cường độ bão.

Nhìn về tương lai, Requeima và nhóm có kế hoạch mở mã nguồn Aardvark, mở rộng khả năng tiếp cận công nghệ tiên tiến này.

Ông kết luận:

“Tôi nghĩ đây là một bước quan trọng hướng tới việc dân chủ hóa mô hình thời tiết—làm cho nó nhẹ hơn và dễ tiếp cận hơn với công chúng. Đó là hy vọng của chúng tôi. Nó cũng đại diện cho một bước tiến lớn trong mô hình thời tiết đầu cuối, đặc biệt là thông qua phương pháp tiếp cận học máy dựa trên dữ liệu.”