يُظهر نموذج الأرصاد الجوية أداءً قويًا عند مقارنته بالتنبؤ التقليدي من حيث السرعة والدقة
شينزين، الصين، 7 يوليو 2023 /PRNewswire/ — أعلنت HUAWEI CLOUD أن مجلة Nature وهي واحدة من أفضل المجلات العلمية في العالم، قد نشرت ورقة بحثية حول نموذجها الرائد Pangu Weather AI.
يُمثل المنشور المرة الأولى التي يكون فيها موظفو شركة تكنولوجيا صينية هم المؤلفون الوحيدون لورقة Nature، وفقًا لمؤشر Nature. الورقة البحثية، التي تصف كيفية تطوير نظام عالمي دقيق ومضبوظ للتنبؤ بالطقس باستخدام الذكاء الاصطناعي يعتمد على التعلم العميق باستخدام 43 عامًا من البيانات، ظهرت في المجلة المرموقة في 5 يوليو 2023.
Pangu-Weather هو أول نموذج تنبؤ بالذكاء الاصطناعي يُظهر دقة أعلى من الطرق الرقمية التقليدية للتنبؤ بالطقس. يسمح النموذج بتحسين سرعة التنبؤ بمقدار 10000 مرة، مما يقلل من وقت التنبؤ بالطقس العالمي إلى ثوانٍ فقط. الورقة البحثية التي تحمل عنوان “التنبؤ الدقيق للطقس العالمي متوسط المدى باستخدام الشبكات العصبية ثلاثية الأبعاد” توفر عمليات التحقق بشكل مستقل من هذه القدرات.
يتحدى Pangu-Weather الافتراضات التي كانت سائدة سابقًا بأن دقة التنبؤات الجوية بالذكاء الاصطناعي أقل من التوقعات الرقمية التقليدية. النموذج، الذي طوره فريق HUAWEI CLOUD، هو أول نموذج تنبؤ بالذكاء الاصطناعي بدقة أعلى من طرق التنبؤ الرقمية التقليدية.
مع التطور السريع لقوة الحوسبة على مدى السنوات الثلاثين الماضية، تحسنت دقة التنبؤات الجوية الرقمية بشكل كبير، مما يوفر الإنذار بالكوارث الشديدة وتنبؤات تغير المناخ. ومع ذلك، لا تزال الطريقة تستغرق وقتًا طويلًا نسبيًا. لتحسين سرعات التنبؤ، كان الباحثون يستكشفون كيفية استخدام طرق التعلم العميق. ومع ذلك، ظلت دقة التنبؤات القائمة على الذكاء الاصطناعي للتنبؤات المتوسطة والطويلة الأجل أقل من التوقعات الرقمية. لم يتمكن الذكاء الاصطناعي في الغالب من التنبؤ بالطقس الشديد وغير العادي مثل الأعاصير.
في كل عام، هناك حوالي 80 إعصارًا في جميع أنحاء العالم. في عام 2022، في الصين وحدها، بلغت الخسارة الاقتصادية المباشرة الناجمة عن الأعاصير 5.42 مليار يوان، وفقًا للأرقام الصادرة عن وزارة إدارة الطوارئ الصينية. كلما كان من الممكن إرسال التحذيرات في وقت مبكر، كان من الأسهل والأفضل إجراء الاستعدادات الكافية.
نظرًا لسرعتها، كانت نماذج التنبؤ بالطقس بالذكاء الاصطناعي جذابة ولكنها كانت تفتقر إلى الدقة لسببين. أولًا، نماذج توقعات الأرصاد الجوية الحالية بالذكاء الاصطناعي تعتمد على الشبكات العصبية ثنائية الأبعاد، والتي لا يمكنها معالجة بيانات الأرصاد الجوية ثلاثية الأبعاد غير المنتظمة بشكل جيد. ثانيًا، يمكن أن تعاني التنبؤات الجوية متوسطة المدى من أخطاء تنبؤ تراكمية عندما يتم استدعاء النموذج مرات عديدة جدًا.
كيف يعالج Pangu-Weather هذه التحديات
خلال التجارب العلمية، أظهر نموذج Pangu-Weather دقته العالية مقارنة بطرق التنبؤ الرقمية التقليدية وذلك للتنبؤات من ساعة إلى 7 أيام، مع زيادة سرعة التنبؤ بمقدار 10000 مرة. يمكن للنموذج التنبؤ بسمات الأرصاد الجوية الدقيقة بشكل دقيق في ثوانٍ والتي تتضمن الرطوبة وسرعة الرياح ودرجة الحرارة وضغط مستوى سطح البحر.
يستخدم النموذج بنية محول ثلاثي الأبعاد خاص بالأرض (3DEST) لمعالجة بيانات الأرصاد الجوية ثلاثية الأبعاد المعقدة غير المنتظمة. باستخدام استراتيجية هرمية وزمنية وتجميعية، تم تدريب النموذج على فترات تنبؤ مختلفة باستخدام فترات 1 ساعة و 3 ساعات و 6 ساعات و 24 ساعة. وقد أدى ذلك إلى تقليل كمية تكرارات التنبؤ بحالة الأرصاد الجوية في وقت محدد وتقليل التنبؤات الخاطئة.
لتدريب النموذج لفترات زمنية محددة، قام الباحثون بتدريب 100 حقبة (دورة) باستخدام عينات كل ساعة من بيانات الطقس من 1979 حتى 2021. كل نموذج من النماذج الفرعية التي نتجت تطلَب 16 يومًا من التدريب على 192 بطاقة رسومات V100. يمكن لنموذج Pangu-Weather الآن إكمال توقعات الطقس العالمية على مدار 24 ساعة في 1.4 ثانية فقط على بطاقة رسومات V100، وهو تحسن بمقدار 10000 مرة مقارنة بالتنبؤ الرقمي التقليدي.
وشرحًا لماذا اختار فريق HUAWEI CLOUD للذكاء الاصطناعي التركيز على التنبؤات الجوية، أوضح الدكتور Tian Qi، كبير علماء HUAWEI CLOUD للذكاء الاصطناعي، وهو زميل في IEEE، وأكاديمي في الأكاديمية الأوروبية الآسيوية الدولية للعلوم، أن “التنبؤ بالطقس هو أحد أهم السيناريوهات في مجال الحوسبة العلمية لأن التنبؤ بالأرصاد الجوية هو نظام معقد للغاية، وحتى الآن من الصعب تغطية جميع جوانب المعرفة الرياضية والفيزيائية. لذلك نحن سعداء لأن بحثنا قد تم الاعتراف به من قبل مجلة Nature. يمكن لنماذج الذكاء الاصطناعي استخراج القوانين الإحصائية لتطور الغلاف الجوي من البيانات الضخمة. في الوقت الحاضر، يكمل Pangu-Weather بشكل أساسي عمل نظام التنبؤ، وقدرته الرئيسية هي التنبؤ بتطور حالات الغلاف الجوي. هدفنا النهائي هو بناء إطار عمل للتنبؤ بالطقس من الجيل التالي باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي لتعزيز أنظمة التنبؤ الحالية. “
وتعليقًا على أهمية وجودة البحث الذي تم إجراءه من قبل HUAWEI CLOUD، أوضح المراجعون الأكاديميون من Nature أنه ليس من السهل جدًا تنزيل Pangu-Weather وتشغيله فحسب، بل إنه يتم تنفيذه بسرعة حتى على جهاز كمبيوتر مكتبي. وهذا يعني أن أي شخص في مجتمع الأرصاد الجوية يمكنه الآن تشغيل واختبار هذه النماذج كما يرغبون. يا لها من فرصة عظيمة للمجتمع استكشاف مدى جودة تنبؤ النموذج بظواهر محددة. سيساعد ذلك في إحراز تقدم في هذا المجال. وأشار مراجع آخر إلى أن النتائج نفسها خطوة مهمة تتجاوز النتائج السابقة. سيجعل هذا العمل الناس يعيدون تقييم ما قد تبدو عليه نماذج التنبؤ في المستقبل.
في مايو 2023، لفت إعصار ماوار انتباه العالم باعتباره أقوى إعصار استوائي في العام حتى الآن. وفقًا لإدارة الأرصاد الجوية الصينية، تنبأ Pangu-Weather بدقة بمسار إعصار ماوار قبل خمسة أيام من تغيير مساره في المياه الشرقية لجزر تايوان.
بالإضافة إلى ذلك، من أجل التقدم المستمر في النماذج الرائدة للتنبؤ بالطقس بالذكاء الاصطناعي، تعد البيئات السحابية المستقرة ومجموعات العمل والتشغيل والصيانة المقابلة ضروريين أيضًا.
View original content: