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阿里巴巴旗下研究機構達摩院推出雲端人工智能短臨天氣預測平台,可對未來六小時内的天氣情況進行精细範圍内高精度的預測。
天氣源自大氣層各種變化,受制於物理學的定律,近代的數值天氣預報是應用了流體力學及熱力學的方程式,以推動大氣運動,再以超級電腦計算作大範圍的天氣預測。
數值預報限制甚多
數值天氣預報的觀念,始於20世紀的初期,挪威氣象學家Vilhelm Bjerknes提出定量天氣預告其實是一個數學初值的問題,只要知道大氣層的初始狀況,便可求解一組描述大氣運動的數學方程得到天氣的未來變化。
隨著電腦進步,處理數值模式更複雜,從單層演變至多層,加上觀察的儀器和遙感平台增加,氣象的數據來自氣象站、氣象雷達、探空氣球、海上浮標、氣象衛星等,分辨率大幅提高,數值天氣預測已大有進步,可預測更小網格,約10公里內的天氣變化。
但以物理定律為基礎的數值預報,受制於模擬大氣物理過程各種限制,加上計算量過大,預測模式採用了某些近似和假設,以簡化基本方程式,所以不是大氣的完全寫照,加上操縱大氣演變物理定義,往往是非線性的微分方程(Differential equation),一般也沒有解析的,以物理學和數值方法建立的數值天氣預報,凖確度受了不少限制,難以預測。
短臨天氣預測價值大
去年,Google發表了以深度神經網絡建立的天氣模型MetNet,以深度神經網絡學習,能預測未來8小時內以1公里的解析度預報降雨量,輸出概率分布,可推斷美國不同地理區域降雨率和相關的不確定性,而且不依賴於大氣動力學物理定律,而是通過AI運算預測天氣,MetNet的預報解析度1公里,每2分鐘更新,可預測未來8小時的降雨量。
阿里巴巴達摩院的AI模型預測一公里網格範圍的分辨率,每十分鐘更新一次,可追蹤降雨量、風速、包括雷暴和冰雹等極端天氣狀況,而預測愈是縮短,應用於農業、物流、運輸和可再生能源等行業的價值也更大,例如減輕對農作物及牲畜的影響;速遞員更有效規劃路徑;光伏發電站更可預測來調節電力供應。
阿里巴巴達摩院機器智能技術實驗室負責人金榕表示:「短臨預測是幫助不同行業作出天氣相關決策的關鍵技術。全球各國科技公司正使用當地的氣候數據,加快研發相關技術和服務。」
AI預測平台算法由阿里巴巴達摩院和中國國家氣象中心合作研發,透過卷積神經網絡(Convolutional Neural Network, CNN)從雷達回波和氣象衛星圖片中提取氣象特徵。
平台的機器學習模型數分鐘內,提供精準及接近實時當區天氣預測;利用生成對抗網絡(Generative Adversarial Network, GAN)技術則可同時生成清晰的預測圖像。
相較於傳統的物理模型,例如需數小時才能生成預測數據的「全球/區域一體化同化預報系統」(Global/Regional Assimilation and Prediction System, GRAPES),達摩院AI模型可提升預測速度和準確度。
近年來,阿里巴巴的技術已應用在智慧農業,武漢葡萄種植以阿里雲物聯網系統,對土地、濕度、日照等環境參數進行分析,以規劃澆水和施肥。安徽省的梨農和海南省的菠蘿種植以「先進數碼農場」提升農作物產量。