Арктика — это не только вечная мерзлота и белые медведи. Это ещё и мощнейшие штормы, внезапные ураганные ветра, которые моряки называют «ледовыми борá». Они возникают буквально из ниоткуда, неся прямую угрозу судам, портам и нефтегазовым платформам. Предсказать их очень сложно, но российским учёным это удалось — с помощью искусственного интеллекта. Разработка учёных из Московского физико-технического института (МФТИ) и Института океанологии РАН открывает путь к революции в арктическом прогнозировании, рассказал заведующий лабораторией машинного обучения в науках о Земле МФТИ Михаил Криницкий.
Проблема: слепые зоны глобальных прогнозов
Сегодня мир полагается на данные глобальных моделей, таких как европейская (ECMWF) или американская (GFS). Но у них есть огромный недостаток: низкое разрешение. Для всей планеты это нормально, но для капризной Арктики — катастрофа. Эти модели просто «не видят» небольшие, но смертельно опасные атмосферные вихри. Можно представить, будто вместо детальной карты местности вам дали схему континентов и сказали искать на ней тропинку в лесу.
Классический способ получить детальную картинку — запустить сверхточную региональную гидродинамическую модель (например, WRF). Но это требует суперкомпьютеров и колоссального времени, которого в условиях надвигающегося шторма просто нет.
Решение: ИИ как супер-лупа для прогноза
Учёные взяли детальные данные от «тяжёлой» модели WRF и обучили на них нейронную сеть. Теперь искусственный интеллект берёт «размытый» глобальный прогноз и за считанные секунды «дорисовывает» его, находя и усиливая те самые опасные вихри, которые глобальные модели пропускают.
Главное преимущество нашей разработки — скорость при условии минимальных потерь в качестве. Нейросеть выдаёт высокодетальный прогноз для Баренцева и Карского морей более чем в 50 раз быстрее, чем ресурсоёмкие физические модели. Кроме того, она показывает шторма, которые другие не воспроизводят: количество вихревых структур в данных нейросети почти совпадает с эталонной моделью WRF (разница менее 3%), в то время как глобальный прогноз ERA5 недооценивает количество таких явлений примерно в два раза
объяснил Михаил Криницкий.
Испытание новоземельской борой
Эффективность нейросети проверили на реальном опасном явлении — новоземельской боре, обрушившейся на архипелаг в феврале 2022 года. Глобальные модели показали её слабо и только у южной части островов. А вот нейросеть, как и эталонная WRF, чётко воспроизвела структуру, направление и силу смертоносного ветра по всему западному побережью.
Что это меняет на практике?
Эта разработка — не просто академический успех. Она открывает путь к революции в арктическом прогнозировании. Безопасность судоходства повысится, так как капитаны будут получать детальную карту ветров за час. Порты и буровые платформы смогут заранее готовиться к экстремальным явлениям. Кроме того, отпадёт необходимость в постоянных дорогостоящих расчётах на суперкомпьютерах, делая детальный прогноз дешёвым и оперативным.
Исследование, опубликованное в журнале «Океанологические исследования», — это яркий пример того, как современный искусственный интеллект становится реальным инструментом для решения жизненно важных задач в самых суровых уголках планеты. Освоение Арктики только начинается, и такие технологии — ключ к его безопасности и успеху.