臺(tái)風(fēng)越來(lái)越頻繁出現(xiàn)在我們生活中，慢慢成為習(xí)以為常的氣候現(xiàn)象。畢竟身處內(nèi)地，大多數(shù)人對(duì)臺(tái)風(fēng)的印象和感覺(jué)依然遙遠(yuǎn)。然而，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害卻是實(shí)實(shí)在在的，同樣也是全球性問(wèn)題。臺(tái)風(fēng)（颶風(fēng)）預(yù)測(cè)成為各國(guó)氣象學(xué)家的重要課題（颶風(fēng)和臺(tái)風(fēng)沒(méi)有區(qū)別，只是發(fā)生地點(diǎn)不同，叫法不同）。
美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的研究人員正在使用人工智能技術(shù)，而不是最廣泛使用的現(xiàn)有颶風(fēng)模型，以更好地預(yù)測(cè)颶風(fēng)強(qiáng)度，為受影響的居民提供更準(zhǔn)確信息，以應(yīng)對(duì)強(qiáng)風(fēng)暴。
因?yàn)轱Z風(fēng)預(yù)測(cè)對(duì)研究人員來(lái)說(shuō)仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，他們忙于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熱帶氣旋的形成及其軌跡和強(qiáng)度，以保護(hù)在其路徑上的人們。糟糕的是，2021年的大西洋颶風(fēng)季節(jié)已經(jīng)產(chǎn)生了20個(gè)風(fēng)暴，幾乎是1991年以來(lái)觀察到的平均水平的兩倍，而且這個(gè)季節(jié)還要兩個(gè)月才結(jié)束。
這項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)17頁(yè)的研究名為“熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報(bào)的深度學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)”，于7月發(fā)表在美國(guó)氣象學(xué)會(huì)雜志《天氣與預(yù)報(bào)》上，由一組研究人員進(jìn)行，其中包括太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋與海岸實(shí)驗(yàn)室的徐文偉（Wenwei Xu音譯）。
徐在接受Datanami采訪時(shí)說(shuō)：“多年來(lái)，熱帶氣旋的路徑預(yù)測(cè)進(jìn)展非常迅速，因此準(zhǔn)確性也提高了很多。然而，強(qiáng)度預(yù)測(cè)仍然是一個(gè)受到影響的領(lǐng)域。”
強(qiáng)度預(yù)測(cè)遇到不少問(wèn)題：即使你知道有暴風(fēng)雨，但可能沒(méi)有準(zhǔn)備充分，除非知道它有多強(qiáng)！最危險(xiǎn)的颶風(fēng)往往是那些強(qiáng)度迅速提升，又沒(méi)有為居民提供撤離安全警告的。就在今年8月，颶風(fēng)“艾達(dá)”在不到24小時(shí)內(nèi)從1級(jí)風(fēng)暴升級(jí)為近5級(jí)風(fēng)暴。
“有很多颶風(fēng)預(yù)報(bào)失敗的例子。”該研究的另一位合作者、太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的地球科學(xué)家卡蒂克·巴拉古魯在接受采訪時(shí)說(shuō)。“如果你告訴所有人風(fēng)暴將是2級(jí)，但突然它變成了4級(jí)，這就是一個(gè)大問(wèn)題。”
徐和他的六名同事創(chuàng)建了一個(gè)基于深度學(xué)習(xí)的多層感知器模型來(lái)預(yù)測(cè)熱帶氣旋的強(qiáng)度。該團(tuán)隊(duì)使用來(lái)自全球颶風(fēng)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)計(jì)劃(SHIPS-StatisticalHurricane Intensity Prediction Scheme)的預(yù)測(cè)器來(lái)訓(xùn)練這個(gè)模型，目的是利用風(fēng)速、空氣溫度和水溫等變量來(lái)預(yù)測(cè)大西洋盆地?zé)釒庑淖兓?。給定這些輸入，多層感知器將尋求建立和給定輸出(熱帶氣旋強(qiáng)度)的關(guān)系。
為了測(cè)試模型，研究人員采用了一種“間隔“技術(shù)，從2010年到2018年，每隔一年從訓(xùn)練中抽取一次，然后在那一年測(cè)試部分盲模型。他們將結(jié)果與一系列其他模型進(jìn)行了對(duì)比，包括美國(guó)國(guó)家颶風(fēng)中心的官方預(yù)測(cè)模型和SHIPS模型本身。結(jié)果是成績(jī)比對(duì)手高出9%到20%。2019年和2020年的額外測(cè)試也得出了類(lèi)似的結(jié)果，顯示準(zhǔn)確率提高了5%至22%。
“即使只有5%的改善也是一大進(jìn)步。” 巴拉古魯說(shuō)，但該模型的影響還不止于此。由于其易于適應(yīng)和訓(xùn)練后的計(jì)算負(fù)載很輕(研究人員說(shuō)，訓(xùn)練后的模型可以在商業(yè)筆記本電腦上運(yùn)行)，新模型也非常適合測(cè)試在颶風(fēng)將如何發(fā)展。”如果你知道今天的海洋和大氣狀況，也知道風(fēng)暴的狀況，你能預(yù)測(cè)24到48小時(shí)后的情況嗎？30年后，當(dāng)全球變暖加劇，我們的氣候發(fā)生變化時(shí)，情況會(huì)如何呢?這是一個(gè)不同的問(wèn)題，一組不同的問(wèn)題，我們的模型可以解決它們。”
“我在中國(guó)的長(zhǎng)江下游長(zhǎng)大。”徐說(shuō)。“我清晰地記得因?yàn)榕_(tái)風(fēng),不得不撤離學(xué)校，還擔(dān)心校車(chē)會(huì)被臺(tái)風(fēng)掀翻……現(xiàn)在的工作能夠研究并預(yù)防自然災(zāi)害，感覺(jué)太酷了……深度學(xué)習(xí)在熱帶氣旋等領(lǐng)域非常有用。”
