Waarschijnlijk sta je er niet vaak bij stil, maar de weersinformatie die je nog even snel raadpleegt voor je het water op gaat, kost uren om te generen. Supercomputers werken dag en nacht onafgebroken door, om de wereld van weersverwachtingen te voorzien – een proces dat immens veel energie en geld kost. Systemen voor weersverwachting gebaseerd op AI (naar het Engelse artificial intelligence, kunstmatige intelligentie), lijken nu een revolutie te veroorzaken. In minder dan een minuut kan een AI-model op een normale computer namelijk een accuratere voorspelling genereren dan de beste traditionele weermodellen, schrijven wetenschappers.
Traditionele modellen
Om tot een betrouwbaar weerbericht te komen begint een traditioneel weermodel met waarnemingen van de huidige weersomstandigheden van onder andere satellieten, weerstations en boeien. Vervolgens worden daarop de bekende natuurkundige wetten losgelaten en rekent het model per ‘vakje’ atmosfeer de verwachte toekomstige waarden van onder andere de luchtdruk en temperatuur uit. Dit systeem wordt ook wel de numerieke weersverwachting genoemd en dit is hoe alle weerberichten die je raadpleegt in bijvoorbeeld Windy, Grib-files en weerkaarten tot stand komen. Maar dit proces kost, door de enorme hoeveelheden data en berekeningen die gedaan moeten worden, heel veel tijd en energie.
AI-modellen
Modellen die gebaseerd zijn op kunstmatige intelligentie kunnen nu op een normale computer in enkele minuten 10-daagse weersverwachtingen maken die net zo accuraat zijn als de verwachtingen van de traditionele modellen, meldt een recent artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Science. Hoe? Door het langdurige en intensieve proces van berekenen over te slaan. In plaats van urenlang te rekenen aan natuurkundige formules die de meteorologische processen zo goed mogelijk benaderen, leerden de AI-modellen aan de hand van historische gegevens hoe de atmosfeer reageert op verschillende omstandigheden. En als het systeem die processen eenmaal heeft geleerd, is het maken van een weersverwachting aan de hand van de huidige omstandigheden een fluitje van een cent.
Google, Huawei en ECMWF
Inmiddels werken Google, Huawei en het ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) al aan hun eigen AI-modellen. Google DeepMind introduceerde haar model, GraphCast, twee weken geleden in een wetenschappelijk artikel in Science. GraphCast neemt als input de twee meest recente weerstoestanden op aarde (op het huidige moment en zes uur geleden) en voorspelt de omstandigheden zes uur vooruit. Dit proces herhaalt zich tot het een 10-daags weerbericht vormt. En dit alles gebeurt in minder dan een minuut – op wereldwijde schaal en op 0,25° lengte- en breedtegraad nauwkeurig. Die voorspelling is ook nog eens op 90 procent van de ruim 1380 verificatiepunten treffender dan de verwachtingen van het traditionele ECMWF-model, aldus de makers.
Ook Huawei’s Pangu-Weather claimt in een publicatie in Nature van begin juli dat het model betere voorspellingen genereert dan het systeem van ECMWF, dat als ’s werelds beste traditionele, numerieke weersverwachtingsysteem wordt beschouwd. Het leren van de atmosferische processen kost de AI-systemen wel even wat tijd en moeite: GraphCast had bijvoorbeeld 32 computers en vier weken de tijd nodig om de patronen in het weer aan te leren, schrijven de wetenschappers in hun publicatie.
Black box
Weinig experts verwachten dat de traditionele weermodellen snel zullen verdwijnen om plaats te maken voor AI. Maar de nieuwe modellen naderen wel snel het moment waarop ze een nuttige aanvulling kunnen zijn, zegt Matthew Chantry, die het AI-werk van ECMWF coördineert, tegen Science. Wat wetenschappers en gebruikers echter wellicht huiverig maakt voor de toepassing van de AI-modellen, is het ‘black-box-karakter’ ervan; de wetenschappers kunnen vaak niet weten hoe de systemen tot hun conclusies komen. Maar, zo merkt Chantry op, ook traditionele modellen met al hun formules zijn zo ingewikkeld dat niet alle processen inzichtelijk zijn.
Je kunt de experimentele AI-verwachtingen zelf hier raadplegen op de site van het ECMWF.
Liever een echte weerman?
Op Zeilen Meteo zie je de meest recente verwachtingen en informatie die je op het water nodig hebt en vertelt meteoroloog Henk Huizinga je elke donderdag wat voor weer je het weekend kunt verwachten.
Omslagfoto: screenshot van GraphCast via charts.ecmwf.int
Last modified: 28 november 2023
