Искусственный интеллект для наук об атмосфере и океане: достижения, проблемы и дальнейшие направления

Искусственный интеллект (ИИ) стремительно преобразует науки о Земле, предоставляя беспрецедентные возможности для решения наиболее актуальных задач этой области. В работе рассматриваются существенные достижения и возникающие проблемы применения ИИ в науках об атмосфере и океане, а также намечаются ключевые направления дальнейшего развития. Обзор охватывает методы глубокого обучения и их применение для прогнозирования погоды и климата, где они превосходят динамические модели по точности и вычислительной эффективности. Также анализируется роль ИИ в обнаружении сложных явлений, совершенствовании усвоения и восстановления данных, коррекции систематических смещений и понижении пространственного разрешения грубых выходных данных моделей. Однако «непрозрачный» характер сложных моделей ИИ обусловливает необходимость сосредоточиться на объяснимом искусственном интеллекте, чтобы повысить доверие к таким моделям и извлечь из них механистическое понимание. Наиболее перспективным направлением считается разработка гибридного физико-ИИ-моделирования, объединяющего основанные на данных возможности ИИ с фундаментальными ограничениями, заданными физическими законами, для обеспечения обобщаемости и причинной согласованности. Для строгого сопоставительного оценивания эффективности моделей необходима новая структура межмодельного сравнения на основе ИИ. Наконец, технические разработки рассматриваются в более широком общественном контексте — с обсуждением полезности и применимости ИИ для общества, включая совершенствование систем раннего предупреждения о множественных опасных явлениях и производства экологически чистой энергии. В заключение формулируется видение будущего ИИ-агентов для наук о Земле — автономных систем, ориентированных на достижение целей и способных проектировать и проводить эксперименты, выдвигать и проверять гипотезы, а также изучать динамику по данным из множества источников. Этот синтез подчёркивает, что ИИ — не просто инструмент, а смена научной парадигмы, которая существенно улучшит наше понимание изменяющегося климата и способность адаптироваться к нему.