□ 科技日?qǐng)?bào)記者 金鳳
自古以來(lái)，“風(fēng)云莫測(cè)”是人類對(duì)天氣最無(wú)奈的感嘆。然而，人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，讓科學(xué)家們看到更精準(zhǔn)預(yù)測(cè)天氣與氣候的前景。
“我們期待AI模型在時(shí)間與空間分辨率方面，可以媲美乃至超越物理模型。”10月22日，在江蘇省南京市啟幕的第36屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)特聘教授穆穆作大會(huì)報(bào)告時(shí)指出，當(dāng)前，天氣與氣候事件的可預(yù)測(cè)性研究，聚焦于厘清預(yù)測(cè)不確定性的原因和機(jī)制，而AI模型或?qū)⒅槐壑Α?/p>
盤古、風(fēng)烏、伏羲……在我國(guó)，這些帶有中國(guó)傳統(tǒng)文化印記的AI氣象大模型，如今正在臺(tái)風(fēng)預(yù)測(cè)、短期氣候預(yù)報(bào)等領(lǐng)域，幫助人類提升對(duì)于天氣的預(yù)測(cè)精度和效率。
“AI氣象大模型有三大優(yōu)勢(shì)，一是計(jì)算時(shí)間更快，傳統(tǒng)的物理計(jì)算模型原本約1小時(shí)的計(jì)算量，AI幾分鐘就能計(jì)算出來(lái)；二是預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高，例如在臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)中，部分大模型的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率已經(jīng)比數(shù)值模式高；三是自帶優(yōu)化模塊，可以根據(jù)使用需求進(jìn)行多種可預(yù)報(bào)性研究。”穆穆表示，這都為大模型的應(yīng)用提供了機(jī)遇。
借助AI，科學(xué)家和氣象工作者們已經(jīng)“破譯”了不少氣候變幻的玄機(jī)。穆穆介紹，針對(duì)有“全球氣候開(kāi)關(guān)”之稱的厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）現(xiàn)象，有學(xué)者基于Transformer架構(gòu)（一種深度學(xué)習(xí)模型）構(gòu)建的AI模型，預(yù)測(cè)時(shí)長(zhǎng)已經(jīng)突破18個(gè)月，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)動(dòng)力模型。在今年8月對(duì)大西洋颶風(fēng)的預(yù)報(bào)中，大模型與動(dòng)力數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果越來(lái)越相似，二者對(duì)于颶風(fēng)生成位置的判斷幾乎相同。
在中國(guó)氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所所長(zhǎng)余暉看來(lái)：“全球人工智能天氣預(yù)報(bào)模型的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)相對(duì)于傳統(tǒng)的全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式也有明顯優(yōu)勢(shì)。”今年8月，該所數(shù)值預(yù)報(bào)團(tuán)隊(duì)推出了基于高分辨率臺(tái)風(fēng)再分析資料訓(xùn)練的上海臺(tái)風(fēng)智能模型1.0版。該模型將臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)分辨率提高到公里級(jí)，且將預(yù)報(bào)時(shí)間從此前傳統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)模型的64分鐘壓縮至3分鐘。
面對(duì)瞬息萬(wàn)變的氣象，AI的預(yù)測(cè)能力也需迭代。穆穆認(rèn)為，當(dāng)前氣象大模型的研發(fā)，尚存兩大短板。“大模型的運(yùn)算邏輯是投喂數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)，但給出的預(yù)報(bào)結(jié)果是由什么物理機(jī)制推理出的，還解釋不清。此外，大模型的時(shí)間分辨率還不夠高，例如部分大模型對(duì)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的生成，只能6小時(shí)刷新一次，而傳統(tǒng)數(shù)值模式只需要幾分鐘。”穆穆說(shuō)道。
無(wú)獨(dú)有偶，在中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)教授鄭緯民看來(lái)，目前AI仍不能解決精確計(jì)算的問(wèn)題。而AI的不完美，卻可以由高性能計(jì)算（HPC）補(bǔ)齊。
“新一代天氣預(yù)報(bào)應(yīng)該是HPC與AI的結(jié)合。需要借助多類型超算，將AI與傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算方案深度融合，打破計(jì)算精度瓶頸，以大幅提升整體計(jì)算性能。”鄭緯民說(shuō)。
地球系統(tǒng)數(shù)值模擬，被科學(xué)家用來(lái)模擬地球現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候變化。鄭緯民表示，算力推動(dòng)地球系統(tǒng)模擬精度演進(jìn)，進(jìn)行地球系統(tǒng)模擬研究，也對(duì)HPC提出更高期待。
（原載2025年10月24日《科技日?qǐng)?bào)》）
編輯：李志
