GenCast：DeepMind推出的性AI氣象預(yù)測模型提氣預(yù)報精準度與效率

GenCast是DeepMind推出的一款先進的AI氣象預(yù)測模型，基于擴散模型技術(shù)，能夠提供長達15天的全球天氣預(yù)報。該模型在97.2%的預(yù)測任務(wù)中超過了國際頂尖的中期天氣預(yù)報系統(tǒng)ENS，特別是在極端天氣的預(yù)測上表現(xiàn)優(yōu)異。GenCast不僅在預(yù)測效率上有顯著提升，僅需8分鐘即可生成預(yù)報，還已開源，支持更廣泛的天氣預(yù)報社區(qū)與研究。

GenCast是什么

GenCast是一款由DeepMind開發(fā)的前沿AI氣象預(yù)測模型，采用擴散模型技術(shù)，提供長達15天的全球天氣預(yù)報。該系統(tǒng)在97.2%的預(yù)測任務(wù)中超越了全球領(lǐng)先的中期天氣預(yù)報系統(tǒng)ENS，特別在極端天氣的預(yù)測方面表現(xiàn)尤為突出。與傳統(tǒng)模型相比，GenCast的預(yù)測效率顯著提升，僅需8分鐘即可生成預(yù)報。此外，GenCast已開源，包含代碼和模型權(quán)重，以支持更廣泛的天氣預(yù)報社區(qū)。

GenCast：DeepMind推出的革命性AI氣象預(yù)測模型提升天氣預(yù)報精準度與效率

GenCast的主要功能

中長期天氣預(yù)報：提供為期15天的全球天氣預(yù)報，每12小時更新一次。
高分辨率預(yù)測：模型以0.25°的緯度-經(jīng)度分辨率運行，確保高分辨率的天氣預(yù)測。
集合預(yù)測：與傳統(tǒng)單一預(yù)測模型不同，GenCast生成50個或更多的預(yù)測集合，每個集合表現(xiàn)出可能的天氣軌跡，充分表達不確定性。
極端天氣預(yù)測：擅長預(yù)測極端天氣，如熱浪、強風及熱帶氣旋等。
快速生成：在Google Cloud TPU v5上，GenCast能夠在短短8分鐘內(nèi)生成15天的天氣預(yù)報集合。

GenCast的技術(shù)原理

擴散模型：該模型基于擴散模型，這是一種生成式AI技術(shù)，廣泛應(yīng)用于圖像、視頻和音樂等領(lǐng)域，用于從噪聲中生成新的樣本。
地球球面幾何適應(yīng)：GenCast特別針對地球的球面幾何形狀進行優(yōu)化，能夠準確學(xué)習生成未來天氣場景的復(fù)雜概率分布。
條件概率分布：模型基于當前和過去的天氣狀態(tài)，構(gòu)建未來天氣狀態(tài)的條件概率分布。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：采用包含編碼器、處理器和解碼器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，編碼器將輸入映射到內(nèi)部學(xué)習表示，處理器則集中關(guān)注鄰域節(jié)點，解碼器負責將結(jié)果映射回原始經(jīng)緯度網(wǎng)格。
訓(xùn)練與預(yù)測：GenCast使用來自ECMWF ERA5檔案的四十年歷史天氣數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，學(xué)習全球天氣模式，以自回歸方式生成15天的集合預(yù)報。
并行生成：由于每個時間步都是從噪聲初始化的，GenCast能夠基于不同的噪聲樣本并行生成預(yù)測集合。

GenCast的項目地址

項目官網(wǎng)：gencast-predicts-weather
GitHub倉庫：https://github.com/google-deepmind/graphcast
arXiv技術(shù)論文：https://arxiv.org/pdf/2312.15796

GenCast的應(yīng)用場景

災(zāi)害預(yù)防與管理：通過提前預(yù)測極端天氣，GenCast能夠幫助和救援組織減少自然災(zāi)害帶來的損失。
能源管理：在風能和太陽能的發(fā)電領(lǐng)域，GenCast提供的精準預(yù)報可優(yōu)化能源產(chǎn)量的預(yù)測，提升能源利用效率。
農(nóng)業(yè)規(guī)劃：GenCast幫助農(nóng)民規(guī)避因天氣變化帶來的風險，從而合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。
交通與物流：為航空和海運提供關(guān)鍵天氣信息，確保運輸?shù)陌踩c高效。
城市規(guī)劃與建設(shè)：輔助城市規(guī)劃者考慮氣候變化，以構(gòu)建更加適應(yīng)天氣變化的基礎(chǔ)設(shè)施。