Китайские ученые представили систему прогнозирования аэрозолей на базе ИИ

Научный журнал Nature опубликовал результаты работы глобальной системы прогнозирования аэрозолей и метеорологии на основе искусственного интеллекта (AI-GAMFS). Разработка велась исследовательской группой под руководством экспертов Китайской академии метеорологических наук (CAMS) при Китайском метеорологическом управлении (CMA) в сотрудничестве с рядом научных учреждений.

Атмосферные аэрозоли – мельчайшие частицы в воздухе – играют ключевую роль в климатической системе Земли. Они влияют на радиационный баланс планеты, образование облаков и химический состав атмосферы. В зависимости от своего состава и размера, аэрозоли могут как охлаждать, так и нагревать атмосферу. Особенно сильным воздействием обладают такие компоненты, как сажа и пыль. При этом именно аэрозоли остаются главным источником неопределенности в климатических прогнозах. Кроме того, высокая концентрация этих частиц ухудшает качество воздуха и создает серьезные риски для здоровья людей, включая респираторные, сердечно-сосудистые и неврологические заболевания.

Точное прогнозирование движения и состава аэрозолей критически важно для управления качеством воздуха, защиты здоровья населения и борьбы с изменением климата. Однако эта задача намного сложнее и дороже, чем обычный прогноз погоды. Традиционные системы, основанные на физических моделях, должны одновременно просчитывать динамику атмосферы и тысячи химических реакций, что требует огромных вычислительных мощностей. Последние достижения в области машинного обучения открыли новые возможности, но до сих пор исследования в этой области были ограничены: модели с применением искусственного интеллекта (ИИ) либо зависели от данных традиционных прогнозов, либо умели предсказывать лишь отдельные показатели, например, общую оптическую плотность аэрозолей, говорится в статье.

Новая система решает эти проблемы, утверждают исследователи. Разработка AI-GAMFS началась в мае 2024 г. Модель обучали на данных глобального анализа аэрозолей за 42 года, охватывающих 120 000 временных интервалов. Благодаря этому система способна генерировать оперативные прогнозы на пять дней вперед. На создание одного прогноза уходит менее минуты, утверждают ученые. Пространственное разрешение составляет 50 км. Результаты прогнозирования включают 54 переменные: оптические свойства, поверхностные концентрации и соответствующие метеорологические данные по пяти ключевым компонентам аэрозолей – пыли, сульфатам, саже, органическому углероду и морской соли.

В Китае система уже работает в Национальном метеорологическом центре и метеорологических департаментах более чем десяти провинций. Она применяется для анализа прогнозов песчаных и пылевых бурь, а также в оперативных консультациях по экологической метеорологии. На глобальном уровне система доступна на Международной платформе оперативной поддержки раннего метеорологического предупреждения Всемирного метеорологического центра в Пекине (WMC-BJ), предоставляя прогностические услуги по всему миру.