微软、谷歌等公司正在训练人工智能进行天气预报，其速度比现有方法快数千倍。这会改变我们应对风暴的方式吗？

像一个刚学会走路的数字小孩，人工智能正在学会预测天气。科学家表示，随着时间的推移，基于AI的程序可以比现有方法更快、更低成本地计算预测。

过去五年中，使用AI预测天气从一个学术概念演变成在美国和欧洲的气象机构以及提供商业情报的公司进行的操作测试。

今年五月，微软发布了一款名为Aurora的预测工具，该工具可以比美国国家海洋和大气管理局（NOAA）和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）现有模型快5000倍地生成五天全球空气污染预测和十天天气预报。全国各地的公司和实验室，包括维拉诺瓦大学、俄克拉荷马大学和一家加州初创公司，正在训练新的天气AI。

更快、更准确的预测变得越来越重要。世界正在变暖，极端天气变得更加致命，风暴也更加昂贵。谷歌DeepMind的研究科学家雷米·拉姆说：“我们真的需要把天气预报做得非常准确。”谷歌DeepMind在去年十一月推出了一款名为GraphCast的基于AI的天气模型。

超越方程式

几十年来，气象学家使用描述大气的方程式来推导天气预报，例如从一个地区到另一个地区的气压和盛行风之间的关系，或者冷锋移动时温度变化的速度。他们用天气站、高空气球、海洋浮标和卫星每小时测量的大气和海洋数据填充这些方程式。这些数据被输入超级计算机，产生所谓的数值天气预报。

问题在于，测量天气或计算中的小误差会导致更大的预测错误。而且，运行复杂的地球天气模拟需要大量昂贵的计算时间。

AI算法在天气数据中寻找模式，而不是像超级计算机那样解决方程式。这些模式识别算法在几十年的天气数据上进行训练，以预测未来几天的天气。

微软研究院Aurora项目的首席研究员巴黎斯·佩尔迪卡里斯说：“所有这些AI工具所做的就是识别模式，而且它们在这方面非常擅长。”

研究人员用大量历史天气数据训练Aurora，使其能够进行预测，据佩尔迪卡里斯说，这些数据量约是用于训练最新版本的AI聊天机器人ChatGPT的16倍。

微软预计将在未来几个月内公开Aurora，以便更多人，包括天气预报机构的研究人员，进行测试。

佩尔迪卡里斯说：“最终是否以及何时将采用Aurora这样的AI模型进行操作性预测工作流，取决于他们自己。我的个人估计是，这将在未来两到五年内发生。”

WindBorne公司联合创始人兼CTO安德烈·苏什科在加州博德加湾放飞了一个气象气球。

照片来源：WindBorne Systems

训练历史数据

位于加州帕洛阿尔托的WindBorne Systems开发了自己的AI预测模型，该模型使用其天气气球星座的数据。这些气球从三个大洲发射，跨越海洋并环绕地球。这些数据使用类似于ChatGPT的AI技术进行分析。

WindBorne的联合创始人兼CEO约翰·迪恩说：“你有一个大的神经网络，在历史数据上进行训练，输入当前的天气状态，它输出一个预测的未来状态，并且在任何地方都没有编程物理定律。”

NOAA一直在测试WindBorne的数据，一项最近的研究发现，一小部分WindBorne气球数据使NOAA的风暴路径预测准确度提高了多达18%。该公司最近还获得了海军和空军的合同，以进一步开发其AI预测模型。

气象公司和AI合作

总部位于亚特兰大的预报和信息技术公司Weather Company拥有Weather Channel应用和Weather Underground，最近与芯片制造商Nvidia签订协议，开发一个全球AI天气预报程序，可以预测龙卷风、飓风和雷暴等极端天气事件。

该公司的现有AI模型提供了即将到来的风暴强度的粗略指示，但没有足够的信息来做出地面决策，比如风速或降雨量。Weather Company创新主管托马斯·哈米尔说：“如果你在管理达拉斯-沃斯堡机场，看到一团降水，那并没有告诉你很多你真正关心的细节。是会通过的飑线，还是在20分钟内来去的雷暴气团？”

哈米尔说，更快的数据处理将使AI预测更准确、更详细。

更早的警告

维拉诺瓦大学斯蒂芬·斯特拉德实验室的研究生们训练了一个AI程序来识别风暴的大小和形状——这是一项重要的指标，可以预测它们是否可能产生龙卷风或冰雹等。例如，这项任务过去需要学生逐一审查和分类风暴图片，斯特拉德是地理和环境学副教授。

斯特拉德说：“你再训练一次，再训练一次，然后进行优化，效果真的非常好。”

俄克拉荷马大学计算机科学和气象学教授艾米·麦戈文和同事们正在开发AI预测，将龙卷风和冰雹警告的时间从现在的15分钟延长到一小时。

麦戈文说：“你当然不能移动你的农场，但你可以把你的牲畜赶进去。如果你是一家汽车经销商或飞机公司，你可以把你的库存移到掩护下。”

NOAA还在评估AI在预测大西洋热带风暴路径中的使用，但算法需要更准确，才能被该机构使用。NOAA迈阿密国家飓风中心的科学与运营官员华莱士·霍格塞特说：“现在还处于非常早期的阶段。”