Hệ thống dự báo chính xác nhất hiện nay là phương pháp dự báo thời tiết bằng số (NWP), mặc dù rất tốn kém về mặt tính toán. Các dự báo thời tiết hằng ngày, cảnh báo thiên tai nghiêm trọng và dự đoán biến đổi khí hậu đều được thực hiện bằng phương pháp NWP, theo đó dựa trên điện toán hiệu năng cao và các mô hình vật lý phức tạp. 

Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nhiều máy móc và thời gian tính toán. Theo báo cáo nghiên cứu đăng trên Tạp chí Nature tháng 7-2023, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển các mô hình AI với những mạng lưới thần kinh 3 chiều phục vụ công tác dự báo thời tiết toàn cầu ở mức trung bình tới chính xác.

Hiệu quả từ Fengwu

Tháng 8-2023, Phòng thí nghiệm AI Thượng Hải triển khai thí điểm hệ thống dự báo thời tiết tiên tiến dựa trên AI có tên là “Phong Ô” (Fengwu). Hệ thống này có khả năng đưa ra dự báo và cảnh báo khí tượng và thời tiết chính xác hơn đối với những cơn bão đang đến gần.

Được công bố hồi tháng 4-2023, Fengwu là hệ thống dự báo thời tiết tầm trung toàn cầu. Dựa trên công nghệ học sâu đa nhiệm và đa mô hình, hệ thống này có khả năng đưa ra kết quả dự báo khí tượng toàn cầu có độ chính xác cao cho 10 ngày tới chỉ trong vòng 30 giây. Điều này cho thấy khả năng dự báo hiệu quả hơn so với các hệ thống không sử dụng AI vốn phần lớn dựa trên hệ thống siêu máy tính.

Ví dụ, đối với cơn bão Doksuri - từng được đánh giá là một trong những cơn bão mạnh nhất đổ vào Trung Quốc trong mùa hè năm ngoái - hệ thống Fengwu đưa ra thông tin dự báo trong vòng 24 tiếng đồng hồ với sai số là 38,7km, thấp hơn đáng kể so với sai số dự báo của Trung tâm Dự báo thời tiết châu Âu (54,11km) hoặc Trung tâm Dự báo môi trường quốc gia Mỹ (54,98km). 

Tương tự, sai số của hệ thống Fengwu đối với thông tin dự báo bão Khanun cũng thấp hơn so với các trung tâm dự báo trên.

Theo nhóm nghiên cứu hệ thống Fengwu, mô hình dự báo dựa trên AI này có thể bổ sung cho các mô hình truyền thống trong tương lai. Mô hình dự báo dựa trên AI có thể giúp cung cấp thông tin dự báo thời tiết chính xác hơn cho các ngành như nông lâm nghiệp, chăn nuôi, đánh bắt thủy sản, hàng không, hàng hải và an ninh công cộng.

Pangu-Weather cách mạng hóa công tác dự báo thời tiết

Một hệ thống dự báo thời tiết khác cũng dựa trên AI do Trung Quốc phát triển là “Bàn Cổ” (Pangu-Weather). Hệ thống Pangu Weather có thể dự báo độ ẩm, tốc độ gió, nhiệt độ và áp suất mực nước biển. Đây là những thông tin rất quan trọng để dự đoán sự phát triển của các hệ thống thời tiết, đường đi của bão, chất lượng không khí và các hình thái thời tiết.

Trong nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu và phát triển mô hình khí tượng lớn thuộc nhà cung cấp dịch vụ đám mây Huawei Cloud đưa ra một mạng lưới thần kinh 3 chiều thích ứng với hệ tọa độ của Trái đất để xử lý dữ liệu khí tượng 3 chiều phức tạp và không đồng nhất.

Độ chính xác dự đoán của mô hình này từ 1 tiếng đồng hồ đến 7 ngày - cao hơn độ chính xác trong dự báo của một số trung tâm khí tượng ở châu Âu và Mỹ trong cùng khoảng thời gian so sánh. 

Đáng chú ý, hệ thống này đưa ra những thông tin dự báo hiệu quả về đường đi của bão Mawar hồi tháng 5-2023 và sau đó được sử dụng trong dự báo bão Doksuri trong tháng 8-2023. Giới khoa học Trung Quốc đã vinh danh hệ thống Pangu là công cụ đổi mới khoa học hữu hiệu nhất năm 2023 của nước này.

Được đào tạo dựa trên những dữ liệu toàn cầu thu thập trong gần 40 năm, mô hình khí tượng tương đối lớn Pangu-Weather đã thu được các thông số cấp độ 100 triệu trong vòng 2 tháng. 

Mô hình này cũng cho thấy kết quả dự báo tốt hơn dựa trên những dữ liệu phân tích lại từ tất cả các diễn biến được thử nghiệm khi so sánh với hệ thống NWP - hệ thống dự báo tích hợp dữ liệu từ Trung tâm Dự báo thời tiết tầm trung châu Âu.

Theo đó, Pangu-Weather chỉ mất 1,4 giây để hoàn thành dự báo thời tiết toàn cầu trong 24 giờ, trong đó gồm cả độ ẩm, tốc độ gió, nhiệt độ, áp suất mực nước biển và các giá trị khác. Tốc độ dự đoán của hệ thống này nhanh hơn 10.000 lần so với các phương pháp số truyền thống. 

Mặc dù vậy, ông Tất Khải Phong - đồng tác giả của báo cáo trên - cũng thừa nhận những hạn chế của hệ thống dự báo thời tiết dựa trên AI, cho rằng hệ thống này còn phụ thuộc nhiều vào các dữ liệu tái phân tích và cần cải thiện năng lực dự đoán tình hình thời tiết khắc nghiệt.

Bên cạnh đó, ông Điền Kỳ (Tian Qi) - tác giả của báo cáo, đồng thời là chuyên gia cấp cao về AI của nhà cung cấp dịch vụ đám mây Huawei Cloud - cho biết, phương pháp NWP thông thường cần 4 - 5 giờ đồng hồ tính toán trên một cụm siêu máy tính với 3.000 máy chủ để dự báo thời tiết toàn cầu trong 10 ngày kế tiếp. 

Gần đây, các phương pháp dựa trên AI đã cho thấy một số tiềm năng trong việc đẩy nhanh tiến độ dự báo thời tiết theo cấp độ lớn. Tuy nhiên, độ chính xác của những phương pháp mới này vẫn thấp hơn đáng kể so với các phương pháp NWP. 

Ông nói: “chúng tôi tin rằng các phương pháp dựa trên AI nên cùng tồn tại với các phương pháp số thông thường để cung cấp các dịch vụ dự báo thời tiết chính xác và đáng tin cậy hơn”.

Zhiji - phép thử mới

Tính tới tháng 3-2024, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tận dụng Pangu làm nền tảng để phát triển mô hình khu vực mới mang tên “Tri kỷ” (Zhiji). Phiên bản mới nhất của mô hình AI này tập trung vào thời tiết khu vực, có thể đưa ra dự báo trong 5 ngày với độ chính xác đã được nâng cao từ 25km lên 3km.

Được tạo ra với sự hợp tác của Cơ quan Khí tượng Thâm Quyến, Zhiji đã được đào tạo với dữ liệu có độ phân giải cao từ miền Nam Trung Quốc. Theo Tập đoàn Huawei, Zhiji có thể cung cấp dự báo trong 5 ngày với độ chính xác 3km cho thành phố Thâm Quyến và các khu vực lân cận.

Trong báo cáo tháng 3-2024, Tập đoàn Huawei nhấn mạnh: “Zhiji có khả năng dự báo các yếu tố khí tượng cốt lõi như tốc độ gió, nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa. Kể từ khi hoạt động thử nghiệm bắt đầu vào tháng 2-2024, nó đã nhiều lần cung cấp những hiểu biết có giá trị cho Cơ quan Khí tượng Thâm Quyến”.

Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu khẳng định rằng mùa lũ năm 2024 sẽ là phép thử thực sự cho Zhiji 1.0, đồng thời hy vọng mô hình này sẽ được tối ưu hóa hơn nữa với những cải tiến về thuật toán.

Trung Quốc đẩy mạnh phát triển và ứng dụng AI trong bối cảnh nước này thúc đẩy phát triển kinh tế số. Hiện tại, AI và các công cụ dự đoán thủ công đều có điểm mạnh lẫn điểm yếu riêng, song có thể nói rằng các mô hình AI là “cuộc cách mạng thầm lặng” của dự báo thời tiết. 

Trong khi AI có lợi thế trong việc dự đoán đường đi của bão; còn hệ thống mô phỏng số lại chính xác hơn trong việc xác định giá trị cường độ gió, do đó các nhà khoa học hiện nay có thể tích hợp kết quả từ mô phỏng số với dự báo do các công cụ AI cung cấp để đưa ra những đánh giá có lợi nhất, giảm thiểu và tránh được những thảm họa đáng tiếc do thời tiết cực đoan gây ra, và đây có thể cũng là một xu thế trong tương lai./.