Volledig AI-gestuurd weersvoorspellingssysteem levert nauwkeurige voorspellingen sneller met minder rekenkracht

Een nieuw AI-weer voorspellingssysteem, Aardvark Weather, biedt nauwkeurige voorspellingen tientallen keren sneller en met duizenden keren minder rekenkracht dan de huidige AI- en fysica-gebaseerde voorspellingssystemen, volgens onderzoek gepubliceerd in Nature.

Aardvark is ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge, ondersteund door het Alan Turing Institute, Microsoft Research en het Europese Centrum voor Middellange Termijn Weersvoorspelling. Dit systeem biedt een blauwdruk voor een volledig nieuwe benadering van weersvoorspelling met de potentie om huidige praktijken te transformeren.

De weersvoorspellingen waarop mensen vertrouwen, worden momenteel gegenereerd via een complex proces dat meerdere uren in beslag neemt op op maat gemaakte supercomputers. Naast dagelijks gebruik vereist de ontwikkeling, het onderhoud en de inzet van deze complexe systemen aanzienlijke tijd en grote teams van experts.

Recente onderzoeken door Huawei, Google en Microsoft hebben aangetoond dat een onderdeel van deze pijplijn, de numerieke oplosser (die berekent hoe het weer in de loop van de tijd evolueert), kan worden vervangen door AI, wat resulteert in snellere en nauwkeurigere voorspellingen. Deze combinatie van AI en traditionele benaderingen wordt nu ingezet door het Europese Centrum voor Middellange Termijn Weersvoorspellingen.

Met Aardvark hebben onderzoekers echter de gehele weersvoorspellingspijplijn vervangen door een enkel, eenvoudig machine learning-model. Dit nieuwe model neemt waarnemingen van satellieten, weerstations en andere sensoren op en genereert zowel wereldwijde als lokale voorspellingen. Deze volledig AI-gedreven aanpak betekent dat voorspellingen nu binnen enkele minuten op een desktopcomputer kunnen worden gemaakt.

Bij gebruik van slechts 10% van de invoergegevens van bestaande systemen, presteert Aardvark al beter dan het nationale GFS-voorspellingssysteem van de Verenigde Staten op veel variabelen en is het ook concurrerend met de voorspellingen van de Amerikaanse Weerdienst, die gegevens gebruikt van tientallen weer-modellen en analyses door deskundige menselijke voorspellers.

Een van de meest opwindende aspecten van Aardvark is de flexibiliteit en het eenvoudige ontwerp. Omdat het rechtstreeks van gegevens leert, kan het snel worden aangepast om op maat gemaakte voorspellingen voor specifieke industrieën of locaties te produceren, of het nu gaat om het voorspellen van temperaturen voor de Afrikaanse landbouw of windsnelheden voor een bedrijf in hernieuwbare energie in Europa.

Dit staat in contrast met traditionele weersvoorspellingssystemen, waar het creëren van een aangepast systeem jaren van werk door grote teams van onderzoekers vereist. Deze capaciteit heeft de potentie om weersvoorspelling in ontwikkelingslanden te transformeren, waar toegang tot de expertise en rekenkracht die nodig zijn voor de ontwikkeling van conventionele systemen doorgaans niet beschikbaar is.

Professor Richard Turner, Hoofdonderzoeker voor Weersvoorspelling aan het Alan Turing Institute en Professor Machine Learning aan de Universiteit van Cambridge, zei: “Aardvark heroverweegt de huidige methoden voor weersvoorspelling, met de potentie om weersvoorspellingen sneller, goedkoper, flexibeler en nauwkeuriger te maken dan ooit tevoren, en helpt zo de weersvoorspelling in zowel ontwikkelde als ontwikkelingslanden te transformeren.”

Anna Allen, hoofdschrijver van de Universiteit van Cambridge, voegde toe: “Deze resultaten zijn slechts het begin van wat Aardvark kan bereiken. Deze end-to-end leermethode kan eenvoudig worden toegepast op andere problemen in weersvoorspelling, zoals orkanen, bosbranden en tornado’s.”

Matthew Chantry, Strategisch Leider voor Machine Learning bij ECMWF, merkte op: “We zijn enthousiast om samen te werken aan dit project, dat de volgende generatie weersvoorspellingssystemen verkent—onderdeel van onze missie om operationele AI-weersvoorspellingen te ontwikkelen en gegevens openlijk te delen ten behoeve van de wetenschap en de bredere gemeenschap.”

Dr. Chris Bishop, Technisch Fellow en Directeur, Microsoft Research AI for Science, verklaarde: “Aardvark vertegenwoordigt niet alleen een belangrijke prestatie in AI-weersvoorspelling, maar weerspiegelt ook de kracht van samenwerking en het samenbrengen van de onderzoeksgemeenschap om AI-technologie op betekenisvolle manieren te verbeteren en toe te passen.”

Dr. Scott Hosking, Directeur van Wetenschap en Innovatie voor Milieu en Duurzaamheid aan het Alan Turing Institute, merkte op: “Het ontsluiten van AI’s potentieel zal het besluitvormingsproces voor iedereen transformeren, van beleidsmakers en noodplanners tot industrieën die afhankelijk zijn van nauwkeurige weersvoorspellingen.”

De volgende stappen voor Aardvark omvatten de ontwikkeling van een nieuw team binnen het Alan Turing Institute onder leiding van Professor Richard Turner, het verkennen van de mogelijkheid om Aardvark in het Globale Zuiden in te zetten, en de integratie van de technologie in het bredere werk van het Instituut om hoge precisie milieuvorspelling voor weer, oceanen en zee-ijs te ontwikkelen.