Este artigo foi publicado originalmente em conversa. A publicação contribuiu com este artigo para Space.com Vozes de especialistas: colunas e insights.
Os furacões são os desastres naturais mais destrutivos nos Estados Unidos, causando Mais mortes e danos materiais do que qualquer outro tipo de desastre. Desde 1980, estas poderosas tempestades tropicais causaram mais de 1,5 biliões de dólares em danos e mataram mais de 7.000 pessoas.
tempestade É um aumento no nível da água do oceano causado por uma combinação de ventos fortes que empurram a água do mar em direção à costa e uma diminuição na pressão do ar dentro do furacão em relação à pressão do ar fora do furacão. Além destes factores, as ondas perto da costa podem fazer com que o nível do mar suba perto da costa, um fenómeno conhecido como formação de ondas, que pode ser uma componente importante das tempestades.
Previsões precisas de tempestades são essenciais para dar aos residentes costeiros tempo para evacuar e às equipes de emergência tempo para se prepararem. Mas as previsões de tempestades em alta resolução podem ser lentas.
Como engenheiro costeiro, Eu estudo Como as tempestades e as ondas interagem com as características naturais e provocadas pelo homem no fundo do mar e na costa, e formas de mitigar os seus efeitos. Utilizo modelos baseados na física para estudar inundações costeiras e recentemente tenho explorado formas pelas quais a inteligência artificial pode melhorar as inundações. Previsão de velocidade de tempestade.
Qual é a previsão para a tempestade de hoje?
hoje, Previsão operacional de tempestade Baseia-se em um modelo hidrodinâmico baseado na física do fluxo de água.
Os modelos utilizam as condições ambientais atuais, como a rapidez com que a tempestade se move em direção à costa, a velocidade e direção do vento, os tempos das marés e a forma do fundo do mar e dos acidentes geográficos, para calcular as alturas esperadas das ondas e determinar quais locais correm maior risco.
modelo hidrodinâmico Houve grandes avanços nas últimas décadas e os computadores tornaram-se mais poderosos, por ex. Simulação rápida de baixa resolução Isto é possível em áreas muito grandes. No entanto, simulações de alta resolução que fornecem detalhes em nível de vizinhança podem levar horas para serem executadas.
Estes tempos são críticos para que as comunidades em risco possam evacuar com segurança e para que as equipas de emergência estejam totalmente preparadas.
chegar previsão Quando uma tempestade abrange uma área ampla, os modeladores dividem a área alvo em muitas pequenas manchas que juntas formam uma grade computacional, ou malha. Os pixels da imagem na imagem. Quanto menores forem os blocos ou células da grade, maior será a resolução e mais precisas serão as previsões. No entanto, a criação de muitas células pequenas em uma área grande requer maior poder de computação, portanto, a previsão de tempestades leva mais tempo.
Os meteorologistas podem utilizar redes informáticas de baixa resolução para acelerar o processo, mas isto reduz a precisão e deixa as comunidades mais incertas sobre o risco de inundações.
A inteligência artificial pode ajudar a acelerar isso.
Como a IA pode fazer melhores previsões
Existem duas fontes principais de incerteza nas previsões de tempestades.
Um envolve alimentar dados em um modelo de computador. A trajetória da tempestade e os campos de vento de um furacão determinam onde ele atingirá a costa e quão forte será a tempestade. Ainda é difícil prever Precisamente com mais de alguns dias de antecedência. Mudanças costeiras e do fundo do marcomo dragagem de canal ou pântanos salgados, manguezais ou duna, Afetará a resistência enfrentada pela onda de tempestade.
A segunda incerteza diz respeito à resolução da grelha computacional através da qual as equações matemáticas da onda e do movimento das ondas são resolvidas. A resolução determina quão bem o modelo pode ver e levar em conta as mudanças na elevação da paisagem e na cobertura do solo, bem como a granularidade com a qual a onda de furacões e a física das ondas podem ser resolvidas.
Os modelos de IA podem produzir previsões detalhadas com mais rapidez. Por exemplo, engenheiros e cientistas desenvolvem modelos de inteligência artificial Baseado em rede neural profunda Ele pode prever com rapidez e precisão os níveis de água na costa usando dados de campo eólico. Em alguns casos, esses modelos têm mais preciso Comparado com modelos tradicionais de dinâmica de fluidos.
A IA também pode fazer previsões em áreas com poucos dados históricos ou ser usada para compreender situações extremas que podem não ter ocorrido antes.
Para essas previsões, modelos baseados em física podem ser usados para gerar dados sintéticos Treinamento de inteligência artificial Cenários que poderiam acontecer, mas ainda não aconteceram. Depois que um modelo de IA é treinado em dados históricos e sintéticos, ele pode gerar rapidamente previsões de surtos usando informações detalhadas sobre ventos e pressão atmosférica.
Treinar a IA com dados de modelos de dinâmica de fluidos também poderia melhorar a sua capacidade de gerar rapidamente mapas de risco de inundação, mostrando quais ruas ou casas podem ser inundadas sem precedentes históricos, mas que poderão ser inundadas em eventos extremos futuros.
O futuro da previsão de furacões com inteligência artificial
inteligência artificial é Já em uso Envolvido na previsão operacional de tempestades de forma limitada, principalmente para aprimorar modelos baseados em física comumente usados.
Além de aprimorar esses métodos, minha equipe e outros pesquisadores Desenvolvendo maneiras de usar inteligência artificial Previsão de tempestades usando dados observacionais, Avaliando os danos pós-furacão e Processe imagens de câmeras para inferir a intensidade da inundação. Isto poderia preencher uma lacuna crítica nos dados necessários para validar modelos de tempestades em um nível granular.
À medida que os modelos de IA se espalham rapidamente por todos os aspectos das nossas vidas, e mais dados se tornam disponíveis para treiná-los, a tecnologia promete melhorar as previsões futuras de furacões e tempestades, fornecendo às comunidades costeiras avisos de risco mais rápidos e detalhados.
