ШІ-стартап WindBorn: мисливець за ураганами
Використання нейромереж кардинально змінило процес прогнозування погоди. Наприклад, точність триденних передбачень за останні роки досягла практично 100%. Однак довгострокове прогнозування такою якістю похвалитися не може. Над цим і працює проєкт WindBorne Systems Inc.
ШІ-прогноз погоди: як це працює
Перевага використання штучного інтелекту під час складання прогнозів погоди полягає в можливості спиратися на величезний масив статистичної інформації, зібраної за останнє століття: від стану ґрунту та поверхневих вод Світового океану до змін у верхніх шарах атмосфери.
Точність такого прогнозування безпосередньо залежить від обсягу та якості нових даних, які можуть надходити від наземних станцій, метеозондів, кораблів, літаків і, зрештою, штучних орбітальних супутників. Водночас інформація із супутників і метеозондів сьогодні відіграє провідну роль.
Традиційний метеозонд. Джерело: вікіпедія
Тисячі повітряних куль щодня запускають у всьому світі державні та приватні організації для відстеження стану атмосфери. Це проста й дешева технологія, яка не потребує спеціального обладнання (крім кулі з гелієм і датчика). Метеозонди залишаються незамінними для отримання інформації про температуру, швидкість вітру, вологість тощо.
Водночас стара добра технологія має низку недоліків — метеозонди рухаються лише за вітром, роблять замір на певній висоті та порівняно швидко припиняють існування.
Суть проєкту WindBorne
Саме ці недоліки взялися усувати в заснованому 2019 року каліфорнійському стартапі WindBorne Systems Inc. Спершу розробники змінили конфігурацію самої кулі — зонди WindBorn більше схожі на вітрило або крило. Складна баластна система противаг дає змогу оператору змінювати висоту польоту кулі та навіть оперативно брати на себе управління напрямком.
Удосконалений ШІ-метеозонд від WindBorn. Джерело: Windbornesystems.com
Як і вітрильні кораблі, зонди WindBorn вміють рухатися під кутом до вітру та лавірувати. Численні датчики зонда знімають показання по всьому шляху проходження кулі на різних висотах, вимірюючи вертикальний повітряний шар.
Водночас зонди можуть функціонувати багато днів, а деякі з куль WindBorn навіть пройшли навколосвітню подорож, постійно здійснюючи вимірювання атмосфери.
До того ж компанія розробила власну модель прогнозування на основі ШІ, адаптовану для оперативного опрацювання вхідних даних. Модель навчалася на основі архіву інформації Європейського центру середньострокових прогнозів погоди (ECMWF, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). ECMWF вважають провідним світовим центром прогнозування, а його база містить дані про погодинну зміну погоди в усьому світі з 1940 року.
Для вивчення повітряних потоків у Тихому океані зонди запускають з чотирьох точок у США, Південної Кореї та Багамських островів, а для дослідження західного узбережжя Африки — з островів Кабо-Верде. Завдяки цьому WindBorn може відстежувати зародження й поведінку атмосферних вихорів, які в Європі називають циклонами, у Тихоокеанському регіоні — тайфунами, а в Північній Атлантиці — ураганами.
Регулярні запуски дають загальну картину й постійний потік глобальних даних, а окремі запрограмовані підняття зондів збирають інформацію про конкретні погодні явища.
За словами Кая Маршленда, співзасновника WindBorn, довгостроковою метою компанії є одночасна наявність у повітрі 10 тисяч її зондів для отримання повної картини стану атмосфери на планеті.
Я хочу, щоб прогнози погоди були схожі на календар. Погода впливає на ваші дії, ви знаєте, що вона існує. Але вона більше не є чимось несподіванимзауважив Кай.
WindBorne допоможе в полюванні за ураганами
У 2022 році результатами роботи стартапу зацікавилися в Національному управлінні океанічних та атмосферних досліджень США (NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration), після чого спільно з WindBorn було проведено вивчення атмосферних потоків у Тихому океані.
У NOAA визнали, що ця інформація може стати цінним доповненням для складання прогнозів. Також зазначено, що модель WindBorne могла б підвищити на 18% точність прогнозу траєкторії урагану «Фіона» у 2022 році (ураган п'ятої категорії, що пронісся атлантичним узбережжям Канади).
Загалом науковці мають досить непогане уявлення про причини виникнення ураганів, щоб прогнозувати їхню поведінку. Здебільшого вони зароджуються біля західного узбережжя Африки як тропічний шторм, перетинають океан і посилюються до стану ураганів у Мексиканській затоці та Карибському басейні. Далі урагани рухаються на північ уздовж узбережжя американського континенту й зазвичай руйнуються в океані.
Але деякі з таких вихорів поводяться аномально та виходять на сушу континенту, стаючи стихійним лихом. Орбітальне спостереження дає змогу відстежити вихор у будь-який момент часу, але не дає відповіді на запитання про точну швидкість вітру й можливі зміни траєкторії. Для цього необхідні дані безпосередньо з місця подій — заміри температури повітря та океану, переважних вітрів навколо урагану тощо.
Саме з цим завданням і можуть впоратися зонди WindBorne. У компанії вважають, що сезон ураганів 2024 року стане вирішальним для перевірки технології: зазвичай їхній пік припадає на вересень-жовтень, коли океанські води максимально прогріваються.
2024 рік уже вирізнявся сильними штормами в червні. Весь цей період команда WindBorne запускала повітряні кулі з Кабо-Верде — точки формування ураганів. У стартапі зазначають, що вже зараз попит на дані з боку енергетичних компаній, цивільних авіаліній і торговельного флоту набагато перевищує можливості WindBorne. Безумовно, це хороша точка зростання.
