Tropické cyklóny představují jednu z nejničivějších přírodních katastrof na naší planetě. Za posledních 50 let způsobily ekonomické ztráty ve výši 1,4 bilionu dolarů a devastovaly celé komunity po celém světě. Tyto obrovské rotující bouře, známé také jako hurikány nebo tajfuny, vznikají nad teplými oceánskými vodami a jsou poháněny teplem, vlhkostí a prouděním. Jejich extrémní citlivost i na malé rozdíly v atmosférických podmínkách činí z jejich přesné předpovídání notoricky obtížný úkol. Přitom zlepšení přesnosti předpovědí cyklónů může zachránit životy prostřednictvím efektivnější přípravy na katastrofy a včasnějších evakuací.

Spuštění Weather Lab a pokročilý AI model

Google DeepMind a Google Research spouštějí Weather Lab, interaktivní webovou stránku pro sdílení jejich modelů počasí založených na umělé inteligenci. Weather Lab představuje jejich nejnovější experimentální AI model pro tropické cyklóny, který je založen na stochastických neuronových sítích. Tento model dokáže předpovídat vznik cyklónu, jeho dráhu, intenzitu, velikost a tvar, přičemž generuje 50 možných scénářů až na 15 dní dopředu. Interní testování ukazuje, že předpovědi modelu pro dráhu a intenzitu cyklónů jsou stejně přesné, a často i přesnější než současné metody založené na fyzice.

Google navázal partnerství s americkým Národním hurikánovým centrem (NHC), které hodnotí rizika cyklónů v atlantských a východopacifických pánevích, aby vědecky ověřilo svůj přístup a výstupy. Odborní prognostici z NHC nyní vidí živé předpovědi z experimentálních AI modelů Googlu vedle dalších fyzikálních modelů a pozorování. Cílem je, aby tato data pomohla zlepšit prognózy NHC a poskytla dřívější a přesnější varování před nebezpečími spojenými s tropickými cyklóny.

Živé a historické předpovědi na platformě Weather Lab

Weather Lab zobrazuje živé i historické předpovědi cyklónů pro různé AI modely počasí, vedle fyzikálních modelů z Evropského střediska pro střednědobé předpovědi počasí (ECMWF). V reálném čase běží několik AI modelů počasí Googlu: WeatherNext Graph, WeatherNext Gen a nejnovější experimentální model cyklónů. Weather Lab byl také spuštěn s více než dvouletými historickými předpověďmi, které si odborníci a výzkumníci mohou stáhnout a analyzovat, což umožňuje externí hodnocení modelů napříč všemi oceánskými pánvemi.

Uživatelé Weather Lab mohou prozkoumat a porovnat předpovědi z různých AI a fyzikálních modelů. Při společném čtení mohou tyto předpovědi pomoci meteorologickým agenturám a odborníkům na nouzové služby lépe předvídat dráhu a intenzitu cyklónu. Toto by mohlo pomoci odborníkům a rozhodovacím činitelům lépe se připravit na různé scénáře, sdílet informace o souvisejících rizicích a podporovat rozhodování pro zvládnutí dopadů cyklónu. Je důležité zdůraznit, že Weather Lab je výzkumný nástroj a živé předpovědi jsou generovány modely, které jsou stále ve vývoji, a nejsou oficiálními varovnáními.

Předpovídání intenzity a dráhy cyklónů pomocí AI

Ve fyzikálním předpovídání cyklónů jsou aproximace potřebné pro splnění operačních požadavků, což znamená, že je obtížné pro jeden model vyniknout v předpovídání jak dráhy cyklónu, tak jeho intenzity. Děje se tak proto, že dráha cyklónu je řízena rozsáhlými atmosférickými řídicími proudy, zatímco intenzita cyklónu závisí na složitých turbulentních procesech uvnitř a kolem jeho kompaktního jádra. Globální modely s nízkým rozlišením fungují nejlépe při předpovídání drah cyklónů, ale nezachycují jemné procesy určující intenzitu cyklónů, což je důvod, proč jsou potřeba regionální modely s vysokým rozlišením.

Experimentální model cyklónů Googlu je jediný systém, který tento kompromis překonává, přičemž interní hodnocení ukazují nejpokročilejší přesnost jak pro dráhu, tak intenzitu cyklónu. Je trénován k modelování dvou odlišných typů dat: rozsáhlý reanalyzační datový soubor, který rekonstruuje minulé počasí nad celou Zemí z milionů pozorování, a specializovanou databázi obsahující klíčové informace o dráze, intenzitě, velikosti a poloměrech větru téměř 5 000 pozorovaných cyklónů z posledních 45 let.

Průlomové výsledky v přesnosti předpovědí

Modelování analytických dat a dat o cyklónech společně výrazně zlepšuje schopnosti předpovídání cyklónů. Například počáteční hodnocení pozorovaných hurikánových dat NHC v testovacích letech 2023 a 2024 v severoatlantických a východopacifických pánevích ukázalo, že 5denní předpověď dráhy cyklónu modelu je v průměru o 140 km blíže skutečné poloze cyklónu než ENS - vedoucí globální fyzikální ensemble model od ECMWF. To je srovnatelné s přesností 3,5denních předpovědí ENS - zlepšení o 1,5 dne, jehož dosažení typicky trvalo více než desetiletí.

Zatímco předchozí AI modely počasí měly potíže s výpočtem intenzity cyklónů, experimentální model cyklónů Googlu překonal průměrnou chybu intenzity Hurricane Analysis and Forecast System (HAFS) Národního úřadu pro oceán a atmosféru (NOAA), což je vedoucí regionální fyzikální model s vysokým rozlišením. Předběžné testy také ukazují, že předpovědi velikosti a poloměrů větru modelu jsou srovnatelné s fyzikálními základními hodnotami.

Spolupráce s vědeckými institucemi

Kromě NHC Google úzce spolupracuje s Kooperativním institutem pro výzkum atmosféry (CIRA) na Colorado State University. Dr. Kate Musgrave, výzkumná vědkyně CIRA, a její tým hodnotili model a zjistili, že má "srovnatelnou nebo větší dovednost než nejlepší operační modely pro dráhu a intenzitu." Musgrave uvedla: "Těšíme se na potvrzení těchto výsledků z předpovědí v reálném čase během hurikánové sezóny 2025." Google také spolupracuje s britským meteorologickým úřadem Met Office, Univerzitou v Tokiu, japonskou společností Weathernews Inc. a dalšími odborníky na zlepšování svých modelů.

Nový experimentální model tropických cyklónů je nejnovějším milníkem v řadě průkopnického výzkumu WeatherNext. Zodpovědným sdílením AI modelů počasí prostřednictvím Weather Lab bude Google nadále sbírat důležitou zpětnou vazbu od odborníků meteorologických agentur a nouzových služeb o tom, jak může jejich technologie zlepšit oficiální předpovědi a informovat o rozhodnutích zachraňujících životy.