NVIDIA mở mã nguồn AI dự báo thời tiết Earth-2: Dự đoán bão 15 ngày nhanh gấp 60 lần

Tại Hội nghị thường niên Hiệp hội khí tượng Mỹ, NVIDIA giới thiệu mô hình Earth-2 miễn phí, lần đầu tiên thế giới có bộ phần mềm AI dự báo thời tiết hoàn chỉnh với mã nguồn mở và tăng tốc phần cứng. Các nhà khoa học, doanh nghiệp khởi nghiệp, nhà phát triển, tập đoàn và cơ quan chính phủ trên toàn cầu có thể tiếp cận công nghệ dự báo thời tiết AI mà trước đây chỉ dành cho các trung tâm siêu máy tính lớn

Ảnh: NVIDIA

Bộ công cụ Earth-2 cung cấp đầy đủ các mô hình đã huấn luyện sẵn, khung làm việc, công thức tùy chỉnh và thư viện suy luận. Toàn bộ quy trình dự báo từ xử lý dữ liệu quan sát ban đầu đến tạo ra dự báo toàn cầu 15 ngày hoặc cảnh báo bão cục bộ đều chạy nhanh hơn. Giải pháp cho phép các tổ chức vận hành, tinh chỉnh và triển khai hệ thống AI thời tiết trên cơ sở hạ tầng riêng của họ.

Ba mô hình AI mới thay đổi cách dự báo thời tiết

NVIDIA công bố ba mô hình mới thuộc bộ Earth-2. Mô hình đầu tiên là Earth-2 Medium Range, sử dụng kiến trúc Atlas, cho phép dự đoán thời tiết chính xác cao trong khoảng thời gian tới 15 ngày với hơn 70 biến khí tượng bao gồm nhiệt độ, áp suất, gió và độ ẩm. Trên các bộ kiểm tra chuẩn, Atlas vượt trội các mô hình mở hàng đầu hiện có ở những biến dự báo phổ biến nhất của khí tượng.

Mô hình thứ hai Earth-2 Nowcasting dựa trên kiến trúc StormScope, ứng dụng AI sinh tạo để chuyển đổi dự báo quy mô quốc gia thành dự đoán địa phương độ phân giải kilômét cho các cơn bão và thời tiết nguy hiểm từ zero đến sáu giờ tới chỉ trong vài phút. Earth-2 Nowcasting là mô hình đầu tiên vượt qua các mô hình dự báo thời tiết truyền thống dựa trên vật lý trong dự báo lượng mưa ngắn hạn bằng cách mô phỏng trực tiếp động lực học bão. Hệ thống khai thác AI để dự đoán trực tiếp hình ảnh vệ tinh và radar.

Mô hình thứ ba Earth-2 Global Data Assimilation với kiến trúc HealDA tạo ra điều kiện ban đầu cho dự báo thời tiết, tức là những bức ảnh chụp nhanh bầu khí quyển hiện tại bao gồm nhiệt độ, tốc độ gió, độ ẩm và áp suất không khí tại hàng nghìn vị trí trên toàn cầu. Earth-2 Global Data Assimilation tạo ra điều kiện ban đầu trong vài giây trên GPU thay vì hàng giờ trên siêu máy tính. Khi kết hợp với Earth-2 Medium Range, hệ thống tạo ra dự báo chính xác nhất từ quy trình AI mở.

Các mô hình hiện có trong bộ Earth-2 cũng chạy rất nhanh. Earth-2 CorrDiff sử dụng kiến trúc AI sinh tạo để chuyển đổi dự đoán độ phân giải thấp quy mô lục địa thành trường thời tiết độ phân giải cao quy mô khu vực, cung cấp độ chi tiết cần thiết cho dự báo địa phương nhanh hơn tới 500 lần so với phương pháp truyền thống.

Earth-2 FourCastNet3 mang lại độ chính xác cao cho nhiều biến thời tiết như gió, nhiệt độ và độ ẩm, vượt qua các mô hình tổng hợp thông thường hàng đầu và sánh ngang các phương pháp khuếch tán tốt nhất trong khi tạo ra dự báo nhanh hơn tới 60 lần so với phương pháp khuếch tán.

Ứng dụng thực tế từ Israel đến Trung Quốc

Cơ quan Khí tượng Israel đang sử dụng Earth-2 CorrDiff để tạo dự báo độ phân giải cao tới 8 lần mỗi ngày với việc giảm 90% thời gian tính toán ở độ phân giải 2,5 km. Tiết kiệm thời gian như vậy cho thấy các hệ thống cập nhật nhanh tương tự có thể giảm chi phí cho các nước đang phát triển.

Tại Trung Quốc, tập đoàn năng lượng mặt trời GCL đang vận hành các mô hình Earth-2 trong hệ thống dự đoán quang điện của họ. GCL cho biết dự báo chính xác hơn với chi phí thấp hơn so với dự báo thời tiết số truyền thống. Earth-2 có thể áp dụng cho lập kế hoạch trước một ngày và tích hợp lưới điện tốt hơn cho các trang trại năng lượng mặt trời ở Philippines, Thái Lan và Việt Nam.

Các tổ chức tài chính và công ty bảo hiểm ở Singapore và châu Á có thể khai thác Earth-2 cho phân tích rủi ro khí hậu, định giá và kiểm tra khả năng chịu rủi ro của danh mục đầu tư. S&P Global Energy đang sử dụng Earth-2 CorrDiff để chuyển đổi dữ liệu khí hậu thành mức độ rủi ro từng địa phương, trong khi AXA sử dụng FourCastNet để tạo ra hàng nghìn kịch bản bão giả định, phương pháp có thể điều chỉnh với rủi ro bão nhiệt đới và lũ lụt khắp châu Á ven biển.

Giải pháp cho bão lũ và thời tiết cực đoan ở châu Á

Châu Á chịu mưa gió mùa, thời tiết cực đoan và bão nhiệt đới ngày càng dữ dội, khả năng dự báo ngắn hạn độ phân giải cao của Earth-2 có thể hỗ trợ cảnh báo lũ lụt chính xác hơn ở cấp thành phố, hoạt động cảng và sân bay, cùng ứng phó thiên tai trong đô thị.

Các cơ quan khí tượng khu vực có thể tinh chỉnh các mô hình Earth-2 bằng dữ liệu lịch sử riêng để dự báo chính xác hơn cho từng địa phương mà không cần gửi dữ liệu nhạy cảm ra nước ngoài. Tiềm năng của Earth-2 mở rộng sâu vào chuyển đổi năng lượng châu Á, nơi các nhà điều hành năng lượng mặt trời, gió và thủy điện gặp khó khăn với thời tiết thay đổi thất thường.

Ngoài quản lý rủi ro, Earth-2 hỗ trợ hoạch định nông nghiệp và y tế công cộng ở các vùng khí hậu nhiệt đới, vì ở đây lượng mưa và nhiệt độ thay đổi chút ít cũng phá vỡ vụ mùa và làm bệnh tật bùng phát. Các cơ quan và doanh nghiệp triển khai Earth-2 trên cơ sở hạ tầng riêng, từ dịch vụ thời tiết quốc gia, nền tảng nông nghiệp thông minh đến bộ y tế xây dựng quy trình dự báo và cảnh báo sớm phù hợp.

Với các mô hình mở có sẵn qua NVIDIA Earth2Studio, Hugging Face và GitHub, các công ty khởi nghiệp công nghệ khí hậu địa phương cũng có thể xây dựng nền tảng rủi ro tùy chỉnh và các mô hình thảm họa mà không cần phát triển AI thời tiết cơ bản từ đầu. Khi Earth-2 tích hợp các mô hình từ Trung tâm Châu Âu về Dự báo Thời tiết Tầm trung, Google và Microsoft, các nhà phát triển châu Á có được bộ công cụ mở thống nhất để thử nghiệm, đo chuẩn và vận hành các hệ thống AI thời tiết phù hợp với địa lý phức tạp và vi khí hậu của khu vực.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng