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GenCast di Google: ecco l’agente AI che stravolge le previsioni meteo



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Sviluppato da DeepMind, si tratta di un agente di intelligenza artificiale che supera le migliori previsioni meteorologiche mondiali, inclusi i fenomeni atmosferici più pericolosi. Questo nuovo strumento promette di estendere l’affidabilità delle previsioni fino a 15 giorni, aprendo nuove possibilità nel campo delle previsioni meteorologiche e offrendo significativi benefici socioeconomici

Pubblicato il 5 dic 2024



DeepMind GenCast

DeepMind, società di Google, ha pubblicato sulla rivista Nature GenCast, un nuovo modello che supera le migliori previsioni meteo a 15 giorni. “È un grande passo avanti”, ha dichiarato Kerry Emanuel, professore emerito di scienze atmosferiche al Massachusetts Institute of Technology (MIT), non coinvolto nella ricerca di DeepMind. Nel 2019, Emanuel e altri sei esperti, scrivendo nel Journal of the Atmospheric Sciences, avevano sostenuto che avanzare lo sviluppo di previsioni affidabili fino a 15 giorni rispetto ai 10 giorni attuali avrebbe avuto “enormi benefici socioeconomici” aiutando il pubblico a evitare gli effetti peggiori del clima estremo.

Negli anni ’60, gli scienziati del meteo scoprirono che la natura caotica dell’atmosfera terrestre poneva un limite temporale alle previsioni. Due settimane sembravano essere il massimo. Tuttavia, all’inizio degli anni 2000, le previsioni affidabili erano ancora limitate a circa una settimana.

GenCast DeepMind
Migliori previsioni di fenomeni meteorologici estremi, come le ondate di calore o i forti venti, consentono azioni preventive tempestive ed economicamente vantaggiose. GenCast offre un valore maggiore rispetto all’ENS quando si tratta di prendere decisioni sui preparativi per le condizioni meteorologiche estreme, in un’ampia gamma di scenari decisionali. Fonte: DeepMind

GenCast: velocità e precisione

Ilan Price, autore principale dell’articolo apparso su Nature (con il titolo “Probabilistic weather forecasting with machine learning“) e ricercatore senior presso DeepMind, ha descritto il nuovo agente AI, GenCast, come molto più veloce dei metodi tradizionali. “E più preciso”, ha aggiunto. Lui e i suoi colleghi hanno scoperto che GenCast supera il precedente programma meteo AI di DeepMind, lanciato alla fine del 2023 con previsioni affidabili a 10 giorni. Rémi Lam, scienziato capo di quel progetto e uno dei coautori dell’articolo, ha descritto i progressi della squadra meteo dell’azienda come sorprendentemente rapidi.

Il riquadro blu mostra come, condizionando gli ingressi (X0, X-1), un campione iniziale di rumore, , viene raffinato dalla funzione di raffinamento della rete neurale, (riquadro verde), parametrizzata da θ. Il risultato è il primo stato candidato raffinato e questo processo si ripete N volte. Il risultato finale viene poi aggiunto come residuo a X0 per produrre lo stato meteorologico al passo temporale successivo, X1. Questo processo si ripete poi in modo autoregressivo, T= 30 volte, condizionando su (Xt, Xt-1) e utilizzando un nuovo campione di rumore iniziale a ogni passo per produrre il campione completo della traiettoria meteorologica (per chiarezza visiva, illustriamo lo stato precedente tra parentesi, (Xt-1), sotto lo stato attuale, Xt, ma notiamo che non viene aggiunto come residuo per prevedere Xt+1). Ogni traiettoria generata da campioni di rumore indipendenti rappresenta un campione di P(X1:T|X0, X-1). Fonte: DeepMind

GenCast di DeepMind a confronto con i leader mondiali delle previsioni meteo

Il leader mondiale nelle previsioni atmosferiche è il Centro Europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine. I test comparativi mostrano regolarmente che le sue proiezioni superano tutte le altre in termini di accuratezza. DeepMind ha testato il suo nuovo programma AI contro il sistema di previsione Ensemble del centro, un servizio su cui si basano 35 nazioni per produrre le proprie previsioni meteo. Il rapporto di Nature afferma che il nuovo agente ha superato le previsioni del centro nel 97,2% dei casi.

GenCast DeepMind
L’ensemble di previsioni di GenCast mostra un’ampia gamma di possibili traiettorie per il tifone Hagibis con sette giorni di anticipo, ma la diffusione delle traiettorie previste si restringe nell’arco di diversi giorni in un gruppo preciso e ad alta affidabilità quando il devastante ciclone si avvicina alle coste del Giappone. Fonte: DeepMind

GenCast, una nuova era per le previsioni operative

Matthew Chantry, specialista in AI presso il Centro Europeo, ha affermato che la sua agenzia sta già adottando alcune delle caratteristiche di GenCast. “È così che lo valutiamo”, ha detto. L’apprendimento automatico, in generale, sta accelerando i tentativi umani di superare alcune delle minacce più mortali della natura.

Lam di DeepMind ha osservato che le abilità generative di GenCast sono radicate in dati fattuali raccolti dalla natura anziché da internet, noto per il suo mix confuso di fatti, pregiudizi e fallacie. “Abbiamo una verità di base”, ha detto, riferendosi alla sua dipendenza dai fenomeni naturali. “Abbiamo un controllo della realtà”.

GenCast DeepMind
a, Lo stato di analisi ERA527 per l’umidità specifica a 700 hPa, all’ora di validità 06 UTC, 12 ottobre 2019, mostra il tifone Hagibis vicino al centro del riquadro, ore prima di fare landfall in Giappone. b-d, Gli stati di previsione GenCast del campione 1 (b), del campione 2 (c) e del campione 3 (d), inizializzati un giorno prima, mostrano come i campioni siano nitidi e molto simili tra loro. e, La media dell’ensemble GenCast, ottenuta calcolando la media di 50 stati campione come in b-d, è leggermente sfocata, mostrando come l’incertezza risulti in uno stato medio più sfocato. f, Lo stato di previsione del campione 1 di GenCast-Perturbed, inizializzato un giorno prima come in b-e, è sfocato, simile a una media di ensemble a passo singolo. g, Lo spettro di potenza spaziale degli stati in a, b, e e f, in cui i colori delle linee corrispondono ai riquadri dei pannelli, mostra come gli spettri dei campioni GenCast corrispondano strettamente a quelli di ERA5, mentre la media d’ensemble GenCast e gli stati GenCast-Perturbed, più sfocati, hanno una potenza minore alle lunghezze d’onda più corte. h-m, Questi sottopiani sono analoghi a quelli di b-g, tranne per il fatto che le previsioni sono inizializzate 15 giorni prima. I campioni GenCast sono ancora nitidi (h-j) e GenCast-Perturbed (l) è ancora ugualmente sfocato, mentre la media dell’ensemble GenCast (k) è ancora più sfocata rispetto al lead time di 1 giorno. Ciò si riflette anche nello spettro di potenza (m). n-q, La traiettoria del tifone Hagibis basata su ERA527 (in rosso) e l’ensemble delle traiettorie dei cicloni tropicali di GenCast (in blu) fino a un tempo di validità di 4 ore prima dell’atterraggio del ciclone in Giappone. Le previsioni di GenCast sono mostrate con lead time di 7 giorni, 3 giorni, 5 giorni e 1 giorno. I cerchi blu e rossi mostrano le posizioni del ciclone al momento della validità. Con tempi di previsione lunghi, le traiettorie dei cicloni hanno una notevole dispersione, mentre per i tempi di previsione più brevi, l’incertezza predittiva si riduce a una piccola gamma di traiettorie. Il tifone Hagibis rappresenta il 55° percentile dell’errore di posizione medio dell’ensemble GenCast tra i cicloni tropicali del 2019. Fonte: DeepMind

Complementarietà con i metodi attuali

GenCast probabilmente completerà i metodi attuali anziché sostituirli, ha sostenuto Emanuel. Ogni tipo, ha detto, ha i propri punti di forza e di debolezza nel prevedere il tumulto dei fenomeni variabili che costituiscono il clima. “Lo status quo non scomparirà”, ha detto Emanuel. “Forse, lavorando insieme, i due si riveleranno il modo migliore per andare avanti”.

Un futuro di collaborazione aperta

Il team di DeepMind spera che altri esperti del meteo testeranno la sua nuova tecnologia. Price ha affermato che il team di DeepMind condividerà online il suo agente AI e il codice informatico sottostante. Ha aggiunto che le previsioni meteo di GenCast saranno presto pubblicate pubblicamente su Google Earth Engine e Big Query, dando agli scienziati accesso alle nuove previsioni. “Siamo entusiasti che la comunità utilizzi e sviluppi la nostra ricerca”, ha aggiunto Price.

Conclusioni

Secondo Matthew Chantry del Centro europeo, Google e DeepMind avrebbero potuto nascondere il loro progresso AI dietro un muro di segretezza aziendale, usandolo “per fare una previsione meteo migliore per le loro app e non dicendo a nessuno come hanno fatto”. Invece, ha aggiunto, hanno abbracciato un’apertura pubblica che sta aiutando molte persone a partecipare a questa rivoluzione”.

Nota

Questo lavoro riflette i contributi dei coautori dell’articolo: Ilan Price, Alvaro Sanchez-Gonzalez, Ferran Alet, Tom Andersson, Andrew El-Kadi, Dominic Masters, Timo Ewalds, Jacklynn Stott, Shakir Mohamed, Peter Battaglia, Remi Lam e Matthew Willson.

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