Llega GraphCast, el modelo meteorológico basado en inteligencia artificial de Google

Ha nacido GraphCast, el modelo meteorológico basado en inteligencia artificial de Google.

En un artículo publicado en Science, se han conocido las principales características de esta herramienta capaz de realizar pronóstico en un rango de 10 días y, según la publicación, con mayor precisión y rapidez que el modelo meteorológico de referencia a nivel mundial el Pronóstico de Alta Resolución (HRES), del Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Plazo Medio (ECMWF).

El modelo meteorológico está ya siendo usado por el ECMWF para realizar experimentos con su potencia de pronóstico y de hecho, podemos ver su eficacia, por nosotros mismos, en esta sección.

GraphCast, el modelo meteorológico de IA de Google

Desde Google nos explican que GraphCast supondrá un importante paso adelante en la implicación de la inteligencia artificial en la predicción meteorológica, ofreciendo pronósticos más precisos y eficientes.

Pero hay un factor más transcendental, el hecho de abrir el código modelo de GraphCast, a toda la comunidad científica y en especial a los pronosticadores.

Y es que como comentábamos, ya está siendo expuesto en el panel de modelos meteorológicos del ECMWF con otras propuestas ejecutadas con inteligencia artificial, de manera que todos podemos testearlo además de que podemos consultar sus tripas si queremos sacar más jugo a su información

El desafío de la previsión meteorológica mundial

Hasta ahora, los pronósticos generalmente se basan en la predicción meteorológica numérica (NWP), que comienza con ecuaciones físicas cuidadosamente definidas, que luego se traducen en algoritmos informáticos ejecutados en supercomputadoras.

Si bien este enfoque tradicional ha sido un triunfo de la ciencia y la ingeniería, diseñar las ecuaciones y los algoritmos lleva mucho tiempo y requiere una gran experiencia, así como costosos recursos informáticos para hacer predicciones precisas.

Todos somos conscientes de las limitaciones de los actuales modelos, que siguen errando en sus pronósticos para disgusto de propios y extraños, aunque su progreso en las últimas décadas ha sido asombroso.

Un nuevo concepto para realizar los pronósticos gracias a la inteligencia artificial

Pero mediante la inteligencia artificial, el aprendizaje continuo opta por un enfoque distinto para realizar su pronóstico: utiliza datos en lugar de ecuaciones físicas para crear un sistema de pronóstico del tiempo.

Concretamente, GraphCast se basa en 4 décadas de datos meteorológicos históricos para aprender un modelo de las relaciones de causa y efecto que gobiernan cómo evoluciona el clima de la Tierra, desde el presente hacia el futuro.

Fundamentalmente, GraphCast y los enfoques tradicionales van de la mano: se ha realizado un entrenamiento de cuatro décadas de datos de reanálisis meteorológico, del conjunto de datos ERA5 del ECMWF.

Para ello los científicos han utilizado observaciones meteorológicas históricas, como imágenes de satélite, radares y estaciones meteorológicas que utilizan un PNT tradicional para «llenar los espacios en blanco» donde las observaciones están incompletas, y así reconstruir un rico registro del tiempo histórico mundial.

Gran resolución

GraphCast realiza pronósticos en alta resolución de 0,25 grados de longitud/latitud (28 km x 28 km en el ecuador).

Dicho de otra forma, se trata de más de un millón de puntos de cuadrícula que cubren toda la superficie de la Tierra. En cada punto de la cuadrícula, el modelo predice cinco variables de la superficie de la Tierra (incluidas la temperatura, la velocidad y dirección del viento y la presión media al nivel del mar) y seis variables atmosféricas en cada uno de los 37 niveles de altitud, incluida la humedad específica, la velocidad y dirección del viento, y temperatura.

Las comparaciones en el tiempo de ejecución son odiosas

Si hacer pronósticos a 10 días con GraphCast lleva menos de un minuto en una sola máquina Google TPU v4, un pronóstico de 10 días utilizando un enfoque convencional, como HRES, puede requerir horas de cálculo en una supercomputadora con cientos de máquinas.

En una evaluación integral del desempeño frente al sistema determinista estándar, HRES, GraphCast proporcionó predicciones más precisas en más del 90% de 1380 variables de prueba y pronosticó tiempos de entrega.

 Cuando limitamos la evaluación a la troposfera, la región de la atmósfera de 6 a 20 kilómetros de altura más cercana a la superficie de la Tierra donde el pronóstico preciso es más importante, nuestro modelo superó al HRES en el 99,7% de las variables de prueba para el clima futuro.

Para las entradas, GraphCast requiere solo dos conjuntos de datos: el estado del tiempo hace 6 horas y el estado del tiempo actual. Luego, el modelo predice el clima dentro de 6 horas. Luego, este proceso se puede avanzar en incrementos de 6 horas para proporcionar pronósticos de última generación con hasta 10 días de anticipación.