GraphCast surpasse le modèle de prévision météorologique "de référence mondiale", l'IA de Google DeepMind, entrainée avec des décennies de données, a réussi à prévoir 90 % des mesures atmosphériques.

L'IA GraphCast s'est avérée plus précise que le modèle européen largement considéré, dans plus de 90 % des cas, pour ce qui est des prévisions à trois ou dix jours d'échéance. C'est la première fois qu'une machine d'apprentissage surpasse les prévisions météorologiques conventionnelles.

À l'aide d'un réseau neuronal graphique, GraphCast a analysé plus de 40 ans de données provenant du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT) afin de fournir des prévisions à intervalles de six heures. La machine a enregistré des modèles météorologiques et des lieux répartis sur l'ensemble du globe en moins d'une minute sur un seul ordinateur en cloud de la taille d'une petite boîte.

À titre de comparaison, il faut une heure aux modèles conventionnels installés sur un superordinateur de la taille d'un autobus pour accomplir une tâche similaire.


L'avenir de l'IA dans les prévisions météorologiques et la météorologie

L'IA de GraphCast "marque un tournant dans les prévisions météorologiques" en tant que méthode plus rapide, moins coûteuse et plus fiable. Matthew Chantry, coordinateur de l'apprentissage automatique au CEPMMT, a déclaré que les progrès de l'IA dans le domaine de la météorologie sont "beaucoup plus rapides et impressionnants que ce que nous avions prévu il y a deux ans".

Les experts s'accordent toutefois à dire que les modèles d'IA ne sont pas près de remplacer les méthodes traditionnelles. Les prévisions de GraphCast reposent toujours sur des données d'entraînement fournies par des modèles plus anciens. L'IA reste également incapable de prédire avec précision les changements météorologiques soudains, comme l'ouragan Otis qui a ravagé Acapulco avec peu ou pas d'avertissement le 25 octobre dernier.

D'autres entreprises, telles que Nvidia et Huawei, développent leurs propres modèles d'IA pour prédire avec précision les modèles météorologiques et proposer des alternatives économiques.

Les prévisions météorologiques globales à moyen terme sont essentielles à la prise de décision dans de nombreux domaines sociaux et économiques. Les prévisions météorologiques numériques traditionnelles utilisent des ressources de calcul accrues pour améliorer la précision des prévisions, mais n'utilisent pas directement les données météorologiques historiques pour améliorer le modèle sous-jacent.

Nous présentons ici "GraphCast", une méthode basée sur l'apprentissage automatique et entraînée directement à partir de données de réanalyse. Elle prédit des centaines de variables météorologiques, sur 10 jours à une résolution de 0,25° au niveau mondial, en moins d'une minute. GraphCast surpasse de manière significative les systèmes déterministes opérationnels les plus précis sur 90 % des 1 380 objectifs de vérification, et ses prévisions permettent d'améliorer la prévision des événements graves, notamment le suivi des cyclones tropicaux, les rivières atmosphériques et les températures extrêmes. GraphCast constitue une avancée majeure dans le domaine des prévisions météorologiques précises et efficaces, et contribue à concrétiser les promesses de l'apprentissage automatique pour la modélisation de systèmes dynamiques complexes.

Nom : 1.jpg
Affichages : 2552
Taille : 98,5 Ko

Conclusions

Les compétences et l'efficacité des prévisions de GraphCast comparées à celles de HRES montrent que les méthodes MLWP sont désormais compétitives par rapport aux méthodes traditionnelles de prévision météorologique. En outre, les performances de GraphCast en matière de prévision d'événements graves, pour lesquels il n'a pas été directement formé, démontrent sa robustesse et son potentiel de valeur ajoutée en aval. Nous pensons qu'il s'agit là d'un tournant dans le domaine des prévisions météorologiques, qui ouvre de nouvelles voies pour renforcer l'étendue des décisions prises par les individus et les industries en fonction des conditions météorologiques, en rendant les prévisions bon marché plus précises, plus accessibles et adaptées à des applications spécifiques.

Avec 36,7 millions de paramètres, GraphCast est un modèle relativement petit par rapport aux normes modernes de ML, choisi pour maintenir l'empreinte mémoire à un niveau raisonnable. Alors que HRES est publié avec une résolution de 0,1°, 137 niveaux et des pas de temps allant jusqu'à 1 heure, GraphCast a fonctionné avec une résolution latitude-longitude de 0,25°, 37 niveaux verticaux et des pas de temps de 6 heures, en raison de la résolution native de 0,25° des données d'entraînement d'ERA5 et des défis techniques liés à l'intégration de données à plus haute résolution sur le matériel informatique.

En général, GraphCast doit être considéré comme une famille de modèles, dont la version actuelle est la plus grande que nous puissions intégrer dans le cadre des contraintes techniques actuelles, mais qui a le potentiel de s'étendre bien plus loin à l'avenir avec des ressources de calcul plus importantes et des données à plus haute résolution.

Nom : 2.jpg
Affichages : 2397
Taille : 291,9 Ko

L'une des principales limites de notre approche réside dans la manière dont l'incertitude est traitée. Nous nous sommes concentrés sur les prévisions déterministes et les avons comparées au HRES, mais l'autre pilier de l'IFS du CEPMMT, le système de prévision d'ensemble, ENS, est particulièrement important pour quantifier la probabilité d'événements extrêmes et lorsque la compétence de la prévision diminue à des échéances plus lointaines. La non-linéarité de la dynamique météorologique signifie qu'il y a une incertitude croissante à plus long terme, qui n'est pas bien prise en compte par une seule prévision déterministe. ENS résout ce problème en générant de multiples prévisions stochastiques, qui se rapprochent d'une distribution prédictive des conditions météorologiques futures, mais la génération de multiples prévisions est coûteuse. En revanche, l'objectif d'apprentissage MSE de GraphCast l'encourage à brouiller spatialement ses prévisions en présence d'incertitude, ce qui peut ne pas être souhaitable pour certaines applications où il est important de connaître les probabilités de queue, ou conjointes, des événements. L'élaboration de prévisions probabilistes qui modélisent l'incertitude de manière plus explicite, à l'instar des prévisions d'ensemble, constitue une prochaine étape cruciale.

Il est important de souligner que le MLWP piloté par les données repose essentiellement sur de grandes quantités de données et sur leur qualité qui, dans le cas des modèles entraînés sur la réanalyse, dépend de la fidélité des PNT. Par conséquent, les sources de données riches et de haute qualité telles que les archives MARS du CEPMMT sont inestimables. Notre approche ne doit pas être considérée comme un remplacement des méthodes traditionnelles de prévision météorologique, qui ont été développées pendant des décennies, testées rigoureusement dans de nombreux contextes réels et qui offrent de nombreuses caractéristiques que nous n'avons pas encore explorées. Notre travail doit plutôt être interprété comme une preuve que MLWP est capable de relever les défis des problèmes de prévision du monde réel et qu'il a le potentiel de compléter et d'améliorer les meilleures méthodes actuelles.

Au-delà des prévisions météorologiques, GraphCast peut ouvrir de nouvelles voies pour d'autres problèmes importants de prévision géo-spatio-temporelle, notamment le climat et l'écologie, l'énergie, l'agriculture, l'activité humaine et biologique, ainsi que d'autres systèmes dynamiques complexes. Nous pensons que les simulateurs appris, formés sur des données riches et réelles, seront essentiels pour faire progresser le rôle de l'apprentissage automatique dans les sciences physiques.
Source : Learning skillful medium-range global weather forecasting

Et vous ?

Pensez-vous que cette étude est crédible ou pertinente ?
Quel est votre avis sur le sujet ?

Voir aussi :

Google DeepMind vient de publier une liste de niveaux d'AGI et définir des niveaux de performance, elle suggère des principes tels que se focaliser sur les capacités plutôt que sur les mécanismes

Des chercheurs ont développé un système qui utilise l'IA pour prédire où et quand la foudre frappera. Il ferait des prédictions qui se sont avérées exactes 80 % du temps

UK : 1,2 milliard £ pour un superordinateur qui devrait être le plus avancé au monde dans le domaine de la météo et du climat. Il sera utilisé pour prévoir les tempêtes avec plus de précision