Atbalstīt

Inovācijas

Mākslīgais intelekts

Hibrīdais klimata modelis NeuralGCM

Ilustratīva krājuma fotogrāfija ar Zemes atmosfēru un Mēness sirpi, uzņemta no Starptautiskās kosmosa stacijas 2006. gadā.

Ilustratīva krājuma fotogrāfija ar Zemes atmosfēru un Mēness sirpi, uzņemta no Starptautiskās kosmosa stacijas 2006. gadā.

Foto: Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās aeronautikas un kosmosa pārvaldes Zemes observatorija (Starptautiskās kosmosa stacijas 13. ekspedīcijas apkalpe), caur Vikikrātuvi, publiskais domēns . Faila lapa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Top_of_Atmosphere.jpg

Mākslīgais intelekts Pētījums

Kas tas ir

Klimata modelis sadala atmosfēru šūnu režģī un aprēķina, kā starp tām pārvietojas gaiss, siltums un mitrums. Liela mēroga kustības pakļaujas labi zināmiem fizikas likumiem, bet mākoņi un lietus veidojas daudz sīkākā mērogā nekā šūna, tāpēc parastie modeļi šo robu aizpilda ar vienkāršotiem noteikumiem. NeuralGCM, ko izveidoja Google Research kopā ar Eiropas Vidēja termiņa laika prognožu centru, ir hibrīds. Tas saglabā fizikālo aprēķinu lielajām kustībām, bet vienkāršotos noteikumus aizstāj ar neironu tīklu, tas ir, datorprogrammu, kas atrod likumsakarības datos; tīklu apmācīja ar vairāku desmitgažu laika apstākļu ierakstiem. Tā kā aprēķins un tīkls tika apmācīti kopā kā viena sistēma, tas palīdz modelim palikt stabilam, strādājot daudzus gadus. Tā kods un apmācītie modeļi ir publicēti atklāti.

Kāpēc tas ir svarīgi

Klimata pētījumiem vajag daudz ilgu simulāciju, lai redzētu, kā atmosfēra varētu reaģēt uz pārmaiņām, un katrai detalizēta fizikāla modeļa simulācijai vajadzīgs superdators. Pēc Google Research datiem, atmosfēras gads ar NeuralGCM tika aprēķināts apmēram 8 minūtēs, bet ar ļoti detalizētu fizikālu modeli no Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās okeānu un atmosfēras pārvaldes apmēram 20 diennaktīs, tātad NeuralGCM ir ātrāks vairāk nekā 3500 reižu. Tā kā tas strādā uz vienas mašīnas, vairāk pētnieku grupu varēs veikt savus eksperimentus. Nature rakstā arī ziņots, ka NeuralGCM ansambļa laika prognozes (prognožu kopas no mazliet atšķirīgiem sākuma apstākļiem) ir salīdzināmas ar paša Eiropas centra prognozēm uz laiku no 1 līdz 15 dienām.

Kā to lasīt

Salīdzinājums 0,25 pret 0,75 Celsija grādiem ir pārbaude uz pagātnes. Modeli palaida 40 gadiem, no 1980. līdz 2020. gadam, dodot tam šo gadu īstās okeāna virsmas temperatūras, un gaisa temperatūru salīdzināja ar standarta pagājušo laika apstākļu ierakstu. Pēc Google Research datiem, vidējā kļūda bija 0,25 Celsija grādi NeuralGCM un 0,75 tikai atmosfēras modeļiem no starptautiska modeļu salīdzināšanas projekta, tātad jaunais modelis izrādījās apmēram trīsreiz tuvāks patiesībai. Vārdi «tikai atmosfēra» nozīmē, ka okeāns netiek rēķināts: tā temperatūras ievada no novērojumiem, un salīdzināmos modeļus lieto tāpat. Ātruma salīdzinājums attiecas uz vienu un to pašu uzdevumu, atmosfēras simulāciju gadam, ar iestatījumiem, ko pētnieki izvēlējās katram modelim.

Ierobežojumi

NeuralGCM simulē tikai atmosfēru. Okeāni, jūras ledus un oglekļa aprite paliek ārpus modeļa, un Google Research cer tos pievienot vēlāk. 40 gadu pārbaudē 22 no 37 palaišanām visus 40 gadus palika stabilas, un rezultāti iegūti no šīm 22. Autori raksta, ka modelis neprot pārnest uz būtiski atšķirīgu nākotnes klimatu: kad okeāna virsmas temperatūru paaugstināja par 1 un 2 grādiem, tas parādīja dažas reālistiskas sasilšanas pazīmes, bet pie 4 grādiem tā atbilde atšķīrās no gaidītās un aprēķins novirzījās. Netiešā salīdzinājumā ar detalizēto fizikālo modeli tā nokrišņu kļūda (rēķināta kā lietus mīnus iztvaikošana) ir mazliet lielāka, un īsās prognozēs tas par zemu novērtē visekstrēmākos notikumus tropos. Autori arī norāda, ka viņu salīdzinājums ar detalizēto fizikālo modeli mazliet dod priekšroku NeuralGCM, jo to noskaņoja uz to pašu laika apstākļu ierakstu, pēc kura to vērtēja.

Avoti