GenCast: Neues KI-Modell für Wettervorhersagen

Google hat ein neues KI-Modell für Wettervorhersagen eingeführt: GenCast. Dieses hochauflösende KI-Ensemblemodell wurde in einem in Nature veröffentlichten Papier detailliert beschrieben.

Eine präzise Wettervorhersage ist entscheidend für viele Lebensbereiche, von der täglichen Planung bis zur Katastrophenvorbereitung sowie für die Nutzung erneuerbarer Energien. Hierbei übertrifft GenCast das bisher führende System, ECMWFs ENS, mit Vorhersagen, die bis zu 25 Tage im Voraus gemacht werden können.

GenCast ist ein Diffusionsmodell, vergleichbar mit denen, die in KI-Bildgeneratoren verwendet werden. Doch dieses Modell wurde speziell auf die Geometrie der Erde abgestimmt und nutzt vier Jahrzehnte historische Daten aus den Archiven des ECMWF.

Um die Leistung von GenCast zu testen, wurde es mit historischen Wetterdaten bis 2018 trainiert, und es wurden 1.320 verschiedene Vorhersagen für das Jahr 2019 erstellt. Diese Vorhersagen wurden mit dem ENS sowie den tatsächlich eingetretenen Wetterereignissen verglichen. Dabei war GenCast in 97,2 % der Fälle genauer als ENS, sogar in 99,8 % bei Vorhersagen für 36 Stunden oder länger im Voraus.

Ein interessantes Beispiel ist die Vorhersage des Pfades des Taifuns Hagibis, der 2019 Japan traf. Die tatsächliche Route des Taifuns wurde rot dargestellt, die durch das KI-Modell vorhergesagten möglichen Routen sind in Blau zu sehen. Während sie sieben Tage im Voraus relativ weit auseinanderlagen, nahmen sie näher an das tatsächliche Eintreffen des Taifuns heran.

Eine Anwendung von GenCast besteht darin, lokalen Behörden mehr Zeit zur Vorbereitung auf extreme Wetterereignisse zu geben. Es kann außerdem Windgeschwindigkeiten in der Nähe von Windkraftanlagen oder das Wetter über Solarfeldern vorhersagen.

GenCast als „Ensemblemodell“ erzeugt mehr als 50 Vorhersagen mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. Eine Vorhersage für einen Zeitraum von 15 Tagen kann laut Google in nur 8 Minuten auf einem Google Cloud TPU v5 generiert werden. Diese Mehrfachvorhersagen können parallel erstellt werden, während traditionelle Wettervorhersagemodelle dafür mehrere Stunden auf einem Supercomputer benötigen.

Google stellt GenCast als offenes Modell zur Verfügung und teilt den Code sowie die Gewichte. Das Unternehmen plant, weiterhin mit Wettervorhersagebehörden und Wissenschaftlern zusammenzuarbeiten, um zukünftige Vorhersagen weiter zu verbessern.