WeatherNext 2 – 谷歌DeepMind推出的AI天氣預報模型

WeatherNext 2，一款劃時代的人工智能天氣預報模型，由谷歌旗下兩大頂尖研究團隊——DeepMind與Google Research強強聯手打造，標志著天氣預測領域邁入了新紀元。這款模型的核心是其獨創的“函數生成網絡”（Functional Generative Network,FGN）架構，這一創新設計使其運算效能實現了驚人的飛躍，較前代模型足足快了約8倍。更令人矚目的是，WeatherNext 2能夠生成分辨率高達每小時的精細化天氣預報，為我們描繪出前所未有的清晰天氣圖景。

WeatherNext 2的非凡之處

WeatherNext 2之所以能夠脫穎而出，在于其卓越的預測能力和高效的運算速度。它能夠從單一的起始氣象數據出發，推演出多達數百種未來可能發生的天氣景象，而每一次的推演，在單個TPU（張量處理單元）上僅需不到一分鐘的時間便可完成。在長達15天的預報時段內，WeatherNext 2在99.9%的氣象變量，包括溫度、風速、濕度等關鍵指標上，都展現出遠超前代模型的優異表現。

WeatherNext 2的核心能力

• 精準無匹的天氣預報：該模型能夠生成精細至每小時的天氣預報，覆蓋從即時到15天的廣闊預報范圍。在溫度、風速、濕度等多種核心氣象要素的預測精度上，它全面超越了此前的技術水平。
• 疾速的運算能力：得益于創新的“函數生成網絡”架構，WeatherNext 2的運算速度比前代提升了約8倍。單次天氣預測的處理時間在單個TPU上縮短至一分鐘以內，極大地提高了預測效率。
• 多維度情景模擬：WeatherNext 2具備從單一初始狀態推演出數百種潛在天氣發展路徑的能力，為氣象科學研究和災害預警提供了更為豐富和全面的參考依據。
• 對罕見天氣的敏銳洞察：該模型能夠精準預測低概率但可能造成巨大影響的災難性天氣，例如臺風、特大暴雨等，從而顯著增強了對極端天氣的預警能力。
• 數據平臺的無縫整合：WeatherNext 2的預測數據已正式上線至Earth Engine和BigQuery兩大平臺，極大地方便了研究人員和開發者獲取和利用這些寶貴的氣象信息。
• 云端服務的定制化支持：Google Cloud的Vertex AI平臺現已啟動定制模型推理的早期訪問計劃，允許用戶根據自身特定需求進行高度個性化的天氣預測。
• 跨場景的應用延展：WeatherNext 2的強大能力已被整合進Google Search、Gemini、Pixel Weather以及Google Maps Platform的Weather API中。在接下來的幾周內，其功能還將進一步擴展至Google Maps的天氣信息展示，為廣大用戶提供更為便捷和深入的天氣查詢體驗。

WeatherNext 2的科技基石

• 函數空間的精妙噪聲注入：FGN模型通過在函數空間中巧妙地注入低維度的噪聲向量（例如32維），并利用條件歸一化層將這些噪聲均勻地應用于整個網絡，從而生成全局一致且具有變異性的結果。這一機制使得模型能夠從相同的輸入產生數百種不同的天氣情景，同時確保了預測的物理合理性。
• 圖神經網絡的強大支撐：FGN采用了圖神經網絡（GNN）的編碼器/解碼器結構，將經緯度網格映射到球面二十面體網格上的潛在空間，并利用Graph-Transformer處理器在該網格上執行計算。這種架構設計能夠有效地捕捉氣象變量之間復雜的空間依賴關系。
• 多階段的精細化訓練策略：FGN的訓練過程被精心設計為多個階段。首先，模型使用ERA5數據集進行預訓練，隨后利用HRES-fc0數據集進行微調。在最后一個階段，模型會進行自回歸訓練，通過多步滾動預測并計算損失來不斷優化預測性能。
• 邊緣與聯合分布的預測智慧：盡管FGN在訓練時主要關注邊緣分布（如溫度、風速等單一變量），但它通過學習能夠捕捉到變量之間的聯合分布，即它們之間復雜的相互作用。這使得模型能夠生成更全面、更準確的天氣預測結果。
• 高分辨率與極速預測的完美結合：FGN模型不僅能生成分辨率高達每小時的精細化預報，而且在單個TPU上完成單次預測的耗時更是縮短至一分鐘以內。這種高速度與高分辨率的結合，極大地提升了天氣預報的效率和實用性。

WeatherNext 2的探索入口

• 項目官方網站：https://deepmind.google/science/weathernext/

WeatherNext 2的廣泛應用領域

• 面向消費者的天氣服務：WeatherNext 2已無縫融入Google Search、Gemini、Pixel Weather等大眾化服務，為用戶提供前所未有的精準和高分辨率天氣預報。
• 賦能開發者與企業：其預測數據已全面上線Earth Engine和BigQuery平臺，并通過Google Cloud的Vertex AI平臺提供早期訪問權限，使開發者和企業能夠基于高精度天氣數據開發定制化應用，例如優化物流路線規劃、提升供應鏈管理效率等。
• 助力氣象機構與災害預警：通過生成數百種可能的天氣情景，WeatherNext 2能夠協助氣象機構進行多情境分析，提前識別潛在的極端天氣，從而顯著提升應急響應的效率。
• 服務能源與農業產業：該模型可用于優化可再生能源的調度，如風能和太陽能的利用，從而增強電網的穩定性。同時，其可靠的中期天氣預報能力也為農業規劃提供了有力支持，幫助農民更有效地制定種植和收獲計劃。
• 推動科學研究與數據共享：WeatherNext 2的開放性為科研人員提供了獲取高精度天氣數據的寶貴機會，必將進一步促進氣象學研究以及相關領域的創新發展。