AI輔助氣象預報——從技術革新邁入決策共生

期刊名稱: 大氣科學期刊
Volume: 54
Issue: 2
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賴曉薇1 王世宇2 洪景山3 潘琦3 陳孟詩3 汪漢鈞1 蔡志賢1

景丰科技股份有限公司1
中央研究院環境變遷研究中心2
交通部中央氣象署3

(中華民國 114 年 10 月 21 日收稿;中華民國 115 年 5 月 6 日定稿)

摘 要

2023 年 Google DeepMind 之 GraphCast 模型採用圖神經網路架構建構 AI 氣象預報模式(Artificial Intelligence Weather Prediction, AIWP),其預報準確度在 90% 預報變數上超越歐洲中期天氣預報中心之傳統數值模式,運算速度提升達千倍。本文針對近 3 年 AI 技術引發之預報結構變革進行系統性綜述研究。本研究依據時間尺度與作業角色建立AIWP 分類框架,涵蓋即時預報(0-6 小時)、中期預報(1-10 天)及次季節至季節(Sub-seasonal to Seasonal, S2S)預報等範疇,系統性回顧自端到端模型至混合架構之技術演進,並探討 Aurora 與 GenCast 等新的系統如何運用基礎模型克服傳統限制。在挑戰性較高的 S2S 領域中, FuXi-S2S 模型透過流場相關的擾動方案,將 Madden-Julian Oscillation,(MJO)有效預報時效延長至 36 天。初代 AIWP 本質受限於均方誤差(Mean SquaredError, MSE)損失函數及缺乏物理守恆約束,普遍面臨預報場平滑化及極端強度系統性低估(如熱帶氣旋強度低估 20-50%、極端降水偏差 35%);因此,整合物理機制之混合架構已成技術演進的明確方向。針對臺灣氣象作業,本研究建議宜採取「以國際先進模型為基底、在地化校正技術為核心」策略,優先建置高品質臺灣區域再分析資料庫並發展高解析度降尺度技術,並拓展氣候風險治理。

關鍵字:人工智慧氣象預報、深度學習、氣候預報、極端天氣、降尺度技術

通訊作者:賴曉薇
服務單位:景丰科技股份有限公司
連絡信箱:hiaubi@simenvi.com.tw