人工智能协助预测飓风强度

人工智能协助预测飓风强度 10月10日白天,超大型台风圆规初步完成整合,形成了一个庞大松散的中心。卫星云图可见,圆规的云团直径超过了1500公里,是今年迄今云系和环流直径最大的台风。预计13日登录我国海南或广东西部。


台风越来越频繁出现在我们生活中,慢慢成为习以为常的气候现象。毕竟身处内地,大多数人对台风的印象和感觉依然遥远。然而,台风灾害却是实实在在的,同样也是全球性问题。台风(飓风)预测成为各国气象学家的重要课题(飓风和台风没有区别,只是发生地点不同,叫法不同)。

美国太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员正在使用人工智能技术,而不是最广泛使用的现有飓风模型,以更好地预测飓风强度,为受影响的居民提供更准确信息,以应对强风暴。

因为飓风预测对研究人员来说仍然是一项挑战,他们忙于准确预测热带气旋的形成及其轨迹和强度,以保护在其路径上的人们。糟糕的是,2021年的大西洋飓风季节已经产生了20个风暴,几乎是1991年以来观察到的平均水平的两倍,而且这个季节还要两个月才结束。

这项长达17页的研究名为“热带气旋强度预报的深度学习实验”,于7月发表在美国气象学会杂志《天气与预报》上,由一组研究人员进行,其中包括太平洋西北国家实验室海洋与海岸实验室的徐文伟(Wenwei Xu音译)。

徐在接受Datanami采访时说:“多年来,热带气旋的路径预测进展非常迅速,因此准确性也提高了很多。然而,强度预测仍然是一个受到影响的领域。”

强度预测遇到不少问题:即使你知道有暴风雨,但可能没有准备充分,除非知道它有多强!最危险的飓风往往是那些强度迅速提升,又没有为居民提供撤离安全警告的。就在今年8月,飓风“艾达”在不到24小时内从1级风暴升级为近5级风暴。

“有很多飓风预报失败的例子。”该研究的另一位合作者、太平洋西北国家实验室的地球科学家卡蒂克·巴拉古鲁在接受采访时说。“如果你告诉所有人风暴将是2级,但突然它变成了4级,这就是一个大问题。”

徐和他的六名同事创建了一个基于深度学习的多层感知器模型来预测热带气旋的强度。该团队使用来自全球飓风强度统计预测计划(SHIPS-StatisticalHurricane Intensity Prediction Scheme)的预测器来训练这个模型,目的是利用风速、空气温度和水温等变量来预测大西洋盆地热带气旋的变化。给定这些输入,多层感知器将寻求建立和给定输出(热带气旋强度)的关系。

为了测试模型,研究人员采用了一种“间隔“技术,从2010年到2018年,每隔一年从训练中抽取一次,然后在那一年测试部分盲模型。他们将结果与一系列其他模型进行了对比,包括美国国家飓风中心的官方预测模型和SHIPS模型本身。结果是成绩比对手高出9%到20%。2019年和2020年的额外测试也得出了类似的结果,显示准确率提高了5%至22%。

“即使只有5%的改善也是一大进步。” 巴拉古鲁说,但该模型的影响还不止于此。由于其易于适应和训练后的计算负载很轻(研究人员说,训练后的模型可以在商业笔记本电脑上运行),新模型也非常适合测试在飓风将如何发展。”如果你知道今天的海洋和大气状况,也知道风暴的状况,你能预测24到48小时后的情况吗?30年后,当全球变暖加剧,我们的气候发生变化时,情况会如何呢?这是一个不同的问题,一组不同的问题,我们的模型可以解决它们。”

“我在中国的长江下游长大。”徐说。“我清晰地记得因为台风,不得不撤离学校,还担心校车会被台风掀翻……现在的工作能够研究并预防自然灾害,感觉太酷了……深度学习在热带气旋等领域非常有用。”

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作者:机器人产业网
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