编者按：本文来自微信公众号 元宇宙之心MetaverseHub（ID：MetaverseHub），作者：MetaverseHub，微新创想经授权转载
最近的天气似乎格外不稳定，前一秒阳光明媚，后一秒可能就暴雨倾盆。全球范围内极端天气事件频发，给人类生活带来严峻挑战。然而，人工智能技术的崛起，为应对气候变化提供了新的希望。谷歌DeepMind高管科林·默多克曾表示，人工智能有望加速改变世界的创新，特别是在清洁能源和气象模型领域。此前登顶《自然》（Nature）期刊的华为云盘古气象大模型，于7月31日正式上线欧洲中期天气预报官网，展示了国产大模型在气象领域的突破性成果。那么，人工智能如何助力气候治理？市面上有哪些值得关注的公司与产品？本文将为您深入解析。
01 人工智能如何作用于气候？
天气预报
数十年来，传统的天气预报主要依赖数值天气预报系统。由于涉及复杂的数学和物理计算，这类模型需要强大的计算能力，导致运行成本高昂且耗时较长。此外，模型在捕捉精细过程方面存在局限，例如难以模拟单个云的物理特性。如今，人工智能技术的引入有望革新天气预报领域。AI模型无需依赖传统的数学方程式，而是通过分析海量历史天气数据，识别并学习天气模式。当接收到实时天气数据时，AI能够迅速运用这些模式进行预测。尽管目前AI预测系统尚未完全取代传统模型，但其在传递天气信息方面已展现出巨大价值。
节能减排
几乎人类活动的每一个环节都在一定程度上影响碳足迹，包括建筑、运输、供电、饮食和算力等。近年来，数百家知名企业承诺通过减少排放和购买碳补偿实现零碳排放，并调整运营计划。人工智能在这一过程中发挥着关键作用，能够量化碳排放量，全面了解碳足迹，优化低碳决策，并构建AI驱动的碳抵消市场。这一市场主要利用计算机视觉技术分析航空图像和传感器数据，自动估算造林储存的碳，并持续监控碳抵消项目的数据。无论是农业还是工业，人工智能都能帮助监测和减少温室气体排放，提升能源系统的性能和稳定性。农业作为气候变化的重要因素，占全球温室气体排放的10%至15%。现代资源密集型农业往往导致资源浪费，而AI技术能够提高农业效率，减少碳足迹，同时提升粮食产量。在工业领域，电力难以大规模储存，因此电网必须实时平衡供需。人工智能能够实现更高效的自动化和更精准的系统化，优化能源管理。
模拟决策
准确模拟极端天气仍是气候模型的主要挑战。人工智能技术的应用有助于我们更好地理解气候系统的复杂性和不确定性，从而制定更有效的治理方案。气候模型与天气预报模型不同，后者预测范围仅几天，而气候模型可模拟几十年甚至几百年的气候变化。通过深度学习、卷积神经网络等技术，人工智能能够快速处理和分析海量气象观测数据、卫星图像和雷达信号，提取关键特征和信息，为气候模型提供更高质量的数据输入。此外，机器学习和强化学习技术可以优化传统物理方程式或统计方法构建的气候模型，降低误差和偏差。依托人工智能技术模拟气候系统，将有助于提高气候预测的准确性和效率，为气候变化的适应和减缓提供科学依据和决策支持。
02 值得关注的公司和产品
硅谷著名风投家查马斯·帕利哈皮蒂亚曾预言，未来万亿富豪将诞生于气候变化领域。应对气候变化不仅是全球人类的当务之急，还蕴藏着巨大的商机，也是世界命运共同体的必然选择。
谷歌
谷歌一直高度重视环境问题，作为全球性企业，其在倡导可持续发展方面做出了显著贡献。2023年发布的环境报告中，谷歌强调利用人工智能应对洪水、山火和地震等灾害，计算运输排放量，并监测生物多样性变化。今年5月，谷歌上线了AI驱动的Flood Hub服务，结合两个预测模型估算河流水量和洪水深度，用户可在洪水来临前7天获得预报信息。该服务已覆盖全球80多个国家，影响4.6亿人，为疏散和撤离提供重要数据支持。面对碳排放压力，谷歌CEO桑达尔·皮查伊设定目标，计划到2030年实现零碳运营。尽管去年AI降耗导致水耗增加，但谷歌仍强调其自主定制TPU芯片的能效远超英伟达同类产品，并拥有“未来芯片的健康管线”。
英伟达
英伟达在人工智能与数字孪生领域取得了突破性进展。创始人兼CEO黄仁勋在“地球虚拟引擎计划（EVE）”柏林峰会上强调，英伟达超级计算机Earth-2在气候模拟方面的卓越贡献。Earth-2是地球的数字孪生，能在Omniverse引擎中以百万倍速度运行Modulus框架创建的AI物理环境，类似哆啦A梦的“创世组件”，可观测地球型行星变迁，从物理、化学和生物学等多维度模拟大气、水资源和陆地环境。Earth-2实现了三方面的突破：一是以高速和高分辨率模拟气候，预测土壤粒度影响；二是利用AI实现高保真度模拟，并实时交互PB级气候数据；三是与Omniverse平台交互，将数据可视化，供决策者、企业和科学家使用。
IBM
IBM及其子公司The Weather Company曾被评为“全球预报最准的天气服务提供商”，旗下产品包括开源智能模型IBM GRAF，可提前12小时预测雷暴等小规模天气现象，以及AI驱动的环境智能软件，为企业提供环境解决方案。近期，IBM与Hugging Face及NASA合作发布全球最大开源AI基础模型Prithvi，用于分析卫星图像。Prithvi基于NASA提供的卫星遥感数据和标注数据，在IBM watsonx.ai模型上预训练和微调而成。NASA预测，到2024年，科学家将面临25万TB的数据挑战，因此与IBM签订协议，共同利用AI改善数据管理。该模型可用于森林砍伐追踪、作物产量预测和温室气体检测等任务，为应对气候变化贡献力量。
华为
华为云盘古大模型在气象领域取得重大突破。今年7月，《自然》（Nature）期刊发表华为云盘古大模型团队的研究成果，提出三维神经网络用于精准中期全球天气预报。华为从2020年开始研发盘古大模型，2021年4月发布，最新成果仅用1.4秒完成未来24小时全球天气预测，比传统方法快一万倍。其他AI预测模型如英伟达的FourCastNet，虽然速度快但精度较低。华为团队创新性地提出适应地理位置的三维神经网络处理复杂气象数据，并使用分层时间聚合算法减少累计预测次数。盘古气象大模型已上线ECMWF官网，任何人可免费查看未来10天全球天气预报，在精度和速度上超越传统数值预测方法，为天气预报与人工智能的结合开创了新范式。
风乌
风乌大模型由上海人工智能实验室联合多所高校和科研机构研发，以东汉张衡发明的相风铜乌命名。该模型首次实现高分辨率上对核心大气变量进行超过10天的有效预报，在80%的评估指标上超越谷歌GraphCast模型，能在30秒内生成未来10天全球气象高精度预报结果。风乌大模型已应用于国内台风路径预报，例如近期“杜苏芮”台风的准确预测，优于欧美权威机构。
03 绿色未来，就在前方
毫无疑问，人类正面临最严峻的挑战之一——极端气候变化已造成巨大威胁。幸运的是，人工智能凭借其巨大潜力，成为应对气候变化的重要伙伴，让我们不再孤军奋战。需要注意的是，人工智能并非完美，其运行也需要消耗能源和资源。但国际能源署数据显示，全球电力总量的1%足以满足数据中心需求。随着技术进步和创新，人工智能的能效和性能将持续提升，对环境的负面影响将逐渐降低。在可持续发展道路上，我们需要充分利用人工智能的优势，以超前的意识和责任感创造更美好、更绿色的未来。
