当AI遇上台风：解开预报的“黑箱”

台风是地球上最猛烈的风暴之一，它的威力足以掀翻房屋、淹没城市。但比台风本身更难的，是准确预测它的路径。你知道当地时间8月，经常有台风登陆我国沿海，但官方预报的路径往往有几十公里的误差，甚至有时候台风会“突然”转向，让所有人措手不及。这究竟是怎么回事？原来，大气运动就像一个极其复杂的混沌系统，初始条件的一点点微调，未来几天就可能产生巨大的差别，这就是著名的“蝴蝶效应”。 过去，科学家用超级计算机模拟大气运动，靠的是解密密麻麻的物理方程，比如纳维-斯托克斯方程。这种数值预报方法准确度不错，但非常吃力：超算要连续运行几个小时，才能算出一场台风的移动趋势，而且万一初始数据有瑕疵，结果就可能偏得离谱。 最近几年，人工智能（AI）也加入了天气预报的行列。AI通过“深度学习”，从过去几十年的气象资料中学到了台风的演变规律，预测一个台风的路径只需要几秒钟，比超算快多了。可是，AI也有一个尴尬的缺点——它像一个“黑箱”，你给它输入历史和现在的天气信息，它给你吐出一个预报结果，但它中间的推理过程，科学家却看不透。如果遇到一种过去很少见的极端情况，AI就可能会“瞎猜”。 那么，有没有办法让AI又快速又靠谱呢？这就是FuXi-CNOPs系统的妙处。它来自一项新研究，把AI和物理规律“锁”在了一起。这个系统并不让AI天马行空地自由发挥，而是在它的“大脑”里装上一个物理约束，就像给一个喜欢自由速滑的选手加了一条固定的跑道。这样一来，AI的预测就有了坚实的物理学依据，再也不会“胡来”了。 另外，这个系统还采用了集合预报的思路。什么是集合预报？简单来说，就是让预测模型跑很多遍，每次把初始条件稍微改一点点，比如把风速调高0.1米/秒，把气温降低0.2℃……最后得到大约几十个结果。这些结果就像一把扇子，扇形展开的范围越窄，说明对这次台风的把握越确定。再加上物理约束，这把扇子不会乱摆，而是像被一只隐形的巨手握着，指向最可能的路径。 研究人员说，这种“AI+物理”的方法，让原来“黑箱”般的AI变得透明了一些，科学家可以知道它在预测时到底依据了哪些物理规律，从而增加了对预报的信任。这项研究成果已经发表在国际期刊《大气科学进展》上，并且将作为封面论文刊登，足见它的重要性。可以想见，未来我们可能会更早、更准确地收到台风预警，保护更多的生命和财产。 背景知识：台风是热带海洋上的巨大空气漩涡，它是“热带气旋”的一种，在西北太平洋称为“台风”，在大西洋和东太平洋则称为“飓风”。我国是世界上少数几个受台风影响最严重的国家之一，每年平均约有7个台风登陆，造成的经济损失数以百亿计。因此，提高台风预报能力，意义重大。现代气象学中，集合预报的理念最早由气象学家洛伦兹提出，也就是那位发现“蝴蝶效应”的科学家。而人工智能气象大模型是近几年才兴起的，像华为云盘古气象大模型、谷歌的GraphCast等，都在与传统数值预报“赛跑”。 然而，AI并非万能。它需要高质量的历史数据，如果数据本身有偏，它就会“学坏”。而且它的“黑箱”特性也让一些谨慎的预报员心存疑虑。FuXi-CNOPs系统尝试用物理规律来“约束”AI，相当于给“黑箱”开了一扇窗户，让它不再那么神秘。 思考时间：你可能会想，AI这么厉害，以后是不是就不需要气象学家了？其实恰恰相反，AI越强大，越需要科学家来“教导”它物理知识，监督它的行为。那么，你觉得在AI和人类专家之间，应该谁来当“最终决策者”呢？欢迎一起来讨论。