基于深度学习算法实现以秒为单位进行天气预测

使用人工智能的新天气预报研究正在快速跟踪全球天气预报。最近发表在 J 地球系统建模的最新进展， 上的 研究 可以帮助确定未来 2-6 周内可能出现的极端天气。对极端天气的准确预测和较长的准备时间使社区和关键部门（如公共卫生、水管理、能源和农业）有更多的时间准备和减轻潜在灾害。

气候变化正在放大极端天气事件的强度和频率，全球有 2021 的风暴、热浪、洪水和干旱记录。根据最近的一份报告 NOAA report ，去年美国经历了 20 起不同的气候引发的天气灾害，每起灾害造成的损失总计超过 10 亿美元。

短期和季节性天气预报可以在减少极端天气的社会经济和人类成本方面发挥重要作用。 2019 年，气象学家警告菲律宾地方和国家领导人， 3 周后将有一场暴雨。该预报为社区提供了时间，在 4 级台风来袭之前，对建筑物进行风化处理并疏散人员，拯救了生命，减少了对该地区的总体破坏。

当前的天气预报依靠超级计算机处理大量全球数据，如温度、压力、湿度和风速。这些系统需要大量的计算资源，并且需要时间来处理。

此外，根据作者的说法，准确预测未来几周到几个月的天气预报的能力显著下降。

为了改进当前的天气预报，研究人员旨在创建一个计算效率高的模型，能够准确预测即将到来的天气，称为深度学习天气预报（ DLWP ）。 DLWP 最初是在 2020 年发布的 paper 中引入的，它依赖于一种 AI 算法，该算法基于全球网格学习和识别历史天气数据中的模式。

目前的工作通过在大气边界层温度和总柱水汽两个附加数据点上训练深度卷积神经网络来细化 DLWP 。他们还将赤道处的网格分辨率提高到约 1.4 °。

该模型在 GPU V100 GPU 上的单一 cuDNN 加速 TensorFlow 深度学习框架上运行，仅需 3 分钟即可运行 320 次为期 6 周的整体预测。该算法可以在十分之一秒内处理一周的预测。

DLWP 能够对诸如飓风 Irma （ 2017 年袭击佛罗里达和加勒比地区的 4 级风暴）等天气事件进行现实的预测。虽然快速 DLWP 模型在未来 4 到 6 周内与当前最先进的天气预报员的性能相匹配，但它在预测降水量方面存在局限性，并且在 2 到 3 周的较短前置时间内精确度较低。

根据这项研究， DLWP 也可能被证明是补充热带地区春季和夏季预报的一个有价值的工具，而热带地区对当前的天气模型提出了挑战。

关于作者

Michelle Horton 是 NVIDIA 的高级开发人员通信经理，拥有通信经理和科学作家的背景。她在 NVIDIA 为开发者博客撰文，重点介绍了开发者使用 NVIDIA 技术的多种方式。

审核编辑：郭婷