Aurora 1.5: Bước tiến mới của mô hình nền tảng trong dự báo thời tiết và khí hậu

Sơ lược

Aurora 1.5 là bản cập nhật lớn cho mô hình nền tảng hệ thống Trái đất Aurora mã nguồn mở, bổ sung 22 biến số thời tiết mới để có cái nhìn bao quát hơn về các điều kiện khí quyển, dự báo theo giờ và dự báo tập hợp xác suất. Được phát triển bởi Microsoft Weather như một phần mở rộng từ mô hình gốc của Microsoft Research AI for Science, Aurora 1.5 cho thấy cách các nghiên cứu tiên phong có thể được ứng dụng rộng rãi hơn: mở cho các nhà nghiên cứu và nhà phát triển đánh giá, mở rộng, đồng thời được thiết kế để hỗ trợ khách hàng ở những nơi cần thêm dữ liệu, cơ sở hạ tầng và sự đảm bảo về vận hành. Khi các rủi ro liên quan đến khí hậu và thời tiết tiếp tục ảnh hưởng đến cộng đồng, cơ sở hạ tầng và nền kinh tế trên toàn thế giới, những tiến bộ trong dự báo hệ thống Trái đất có thể giúp cải thiện khả năng chuẩn bị và ra quyết định.

Aurora là gì?

Aurora là mô hình nền tảng cho hệ thống Trái đất do Microsoft Research AI for Science phát triển, lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 2024 và công bố trên tạp chí Nature (mở trong tab mới) vào năm 2025. Mô hình này cho thấy một mô hình duy nhất có thể được điều chỉnh cho dự báo thời tiết tầm trung, sóng đại dương, hóa học khí quyển và các ứng dụng khí hậu mới nổi, bao gồm cả dự báo thời tiết độ phân giải cao thông qua tinh chỉnh (fine-tuning). Việc sử dụng ngày càng tăng của nó đã củng cố giá trị của một mô hình mở, hợp tác, dễ dàng điều chỉnh, đánh giá và đưa vào sử dụng.

Giai đoạn tiếp theo này của Aurora (mở trong tab mới) được xây dựng dựa trên nền tảng đó bằng cách cung cấp mô hình công khai cho cộng đồng toàn cầu để điều chỉnh, mở rộng và phát triển.

Có gì mới trong Aurora 1.5?

Aurora 1.5 thúc đẩy nỗ lực rộng lớn hơn nhằm làm cho các mô hình nền tảng thời tiết mở trở nên thiết thực và có khả năng mở rộng cho các tổ chức dựa vào thông tin tình báo về khí quyển và hệ thống Trái đất. Bên cạnh các biến số mới và độ phân giải thời gian cao hơn, Aurora 1.5 bổ sung một trong những tính năng được yêu cầu nhiều nhất từ người dùng: dự báo tập hợp (ensemble forecasting). Vì dự báo rất nhạy cảm với các điều kiện ban đầu và sự không chắc chắn của mô hình, các tập hợp chạy nhiều mô phỏng để hiển thị phạm vi và khả năng xảy ra của các kết quả có thể. Aurora 1.5 xây dựng dựa trên nền tảng khoa học của Microsoft Research với kỹ thuật sản phẩm mới, cơ sở hạ tầng đám mây, quyền truy cập được quản lý và các khả năng hỗ trợ ra quyết định. Cùng với nhau, những tiến bộ này làm cho Aurora 1.5 trở thành một giải pháp thời tiết cấp doanh nghiệp có giá trị cho các tổ chức.

Bản cập nhật mở rộng bổ sung 22 biến số mới vào 4 biến số ban đầu của Aurora, bao gồm các trường bề mặt đại diện, mức áp suất, gió, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa và bức xạ. Phạm vi bao phủ rộng hơn đó làm cho mô hình trở nên phù hợp hơn đối với các lĩnh vực phụ thuộc vào các tín hiệu hệ thống Trái đất tích hợp, từ năng lượng và nông nghiệp đến vận tải và lập kế hoạch phục hồi.

Bản cập nhật về độ phân giải thời gian theo giờ cho phép chi tiết hóa ở mức độ hạt mịn để hướng dẫn vận hành chính xác, chẳng hạn như thời điểm bắt đầu có mưa, các quyết định thương mại hoặc một cơn bão nhiệt đới đổ bộ.

“Aurora 1.5 là một bước tiến ý nghĩa hướng tới việc làm cho các mô hình nền tảng thời tiết trở nên mở, hữu ích và thiết thực hơn. Bằng cách phát hành mô hình công khai, chúng tôi cung cấp cho các nhà nghiên cứu, nhà phát triển và tổ chức một con đường rõ ràng hơn để đánh giá, điều chỉnh và hiểu nơi nó có thể giúp ích. Vai trò của Microsoft Weather là kết nối nền tảng nghiên cứu mở đó với dữ liệu, cơ sở hạ tầng và các quy trình làm việc ứng dụng mà các doanh nghiệp cần để sử dụng thông tin thời tiết một cách có trách nhiệm và tự tin.”

Chuỗi video

Suy nghĩ lại (On Second Thought)

Một chuỗi video với Sinead Bovell xoay quanh những câu hỏi mà mọi người đang đặt ra về AI. Với tiếng nói của các chuyên gia từ khắp Microsoft, chúng tôi phân tích sự căng thẳng và hứa hẹn của công nghệ thay đổi nhanh chóng này, khám phá những gì đang phát triển và những gì có thể thực hiện được.

Dự báo tập hợp trong Aurora 1.5 mở khóa các quyết định tự tin hơn khi đối mặt với sự không chắc chắn của thời tiết

Phiên bản tập hợp của Aurora 1.5 giới thiệu các nhiễu loạn ngẫu nhiên để đại diện cho sự không chắc chắn của mô hình, cho phép tạo ra nhiều thành viên dự báo để ước tính phạm vi của các tương lai có thể xảy ra. Đối với vô số ứng dụng bao gồm hệ thống điện, vận tải, nông nghiệp, lập kế hoạch thời tiết khắc nghiệt và rủi ro khí hậu, phân phối mô hình quan trọng ngang bằng với ước tính tốt nhất.

Khả năng tập hợp này được phát triển thông qua quá trình tinh chỉnh nhiều giai đoạn trên nền tảng mô hình Aurora gốc. Sau khi mở rộng tập hợp biến số và thêm độ phân giải thời gian theo giờ, nhóm đã đưa các nhiễu loạn có kiểm soát vào con đường điều hòa tiềm ẩn của mô hình và tối ưu hóa tập hợp cho chất lượng dự báo xác suất. Một vòng cuối cùng của việc tinh chỉnh tự hồi quy trên dữ liệu phân tích ECMWF High Resolution (HRES) từ năm 2018 đến 2023 đã cải thiện hành vi triển khai và tính ổn định.

Phương pháp tập hợp của Aurora tóm tắt sự không chắc chắn trên nhiều lần chạy mô hình. Các dự báo xác suất của nó vượt trội hơn so với tập hợp động ECWMF hiện đại trên 88,9% các mục tiêu được đánh giá (Hình 1). Trong các đánh giá về tất cả các cơn bão nhiệt đới năm 2024–2025, Aurora 1.5 đã giảm đáng kể sai số đường đi, bao gồm sai số đường đi thấp hơn khoảng một phần ba khi so sánh trung vị tập hợp với Aurora gốc. Một ví dụ về cơn bão Helene tàn khốc cho thấy kỹ năng của Aurora 1.5 chuyển đổi sang các ứng dụng thời tiết có tác động cao như thế nào.

Ngoài các ứng dụng thời tiết tầm trung, Terradot – một phần trong danh mục đầu tư của Quỹ Đổi mới Khí hậu Microsoft – đang làm việc với AI for Good Lab (mở trong tab mới) và Microsoft Research Accelerator trên TerraNova, sử dụng các biểu diễn thời tiết bắt nguồn từ Aurora (mở trong tab mới) để ước tính và tối ưu hóa việc loại bỏ carbon dioxide từ quá trình phong hóa đá tăng cường trong điều kiện thực địa thực tế. Sasankh Munukutla, Đồng sáng lập của Terradot, nhấn mạnh: “Bằng cách xây dựng trên Aurora, chúng tôi đang thúc đẩy đáng kể các mốc thời gian R&D của mình và đẩy nhanh con đường hướng tới loại bỏ carbon ở quy mô gigaton.” Công việc này cho thấy các mô hình nền tảng hệ thống Trái đất có thể hỗ trợ giảm thiểu khí hậu và khoa học vì lợi ích công cộng ngoài dự báo như thế nào, bao gồm cả các bối cảnh mà việc đánh giá nghiêm ngặt và triển khai có trách nhiệm là quan trọng.

Aurora cũng đang được khám phá với các đối tác như UK Met Office, khám phá cách các mô hình nền tảng có thể hoạt động cùng với các hệ thống dựa trên vật lý đã được thiết lập để giải quyết các vấn đề từ thời tiết đến quy mô thời gian khí hậu. Mục tiêu là các dự báo nhanh hơn, linh hoạt hơn hỗ trợ việc ra quyết định mà không thay thế khoa học đằng sau các dự đoán đáng tin cậy.

“Mô hình Aurora của Microsoft là một công cụ thú vị và đầy hứa hẹn, cho phép các nhà khoa học của Met Office mang dữ liệu và chuyên môn của họ để giúp giải quyết các vấn đề khí hậu và cung cấp các loại thông tin khí hậu mới. Các nhà khoa học và kỹ sư của Met Office và Microsoft đang làm việc cùng nhau mỗi ngày để chuyển đổi các bài học từ dự báo thời tiết bằng AI sang không gian thông tin khí hậu, chia sẻ chuyên môn về khoa học dữ liệu và khoa học khí hậu. Aurora là một nền tảng tuyệt vời để tìm hiểu cách chuyển đổi các công cụ này để sử dụng trong dự báo khí hậu nhằm tạo ra các mô hình khí hậu AI của tương lai.”

Kết nối các mô hình mở với việc sử dụng vận hành

Microsoft kết nối nghiên cứu mở, kỹ thuật sản phẩm, triển khai có trách nhiệm và hệ sinh thái đối tác để các mô hình có thể chuyển từ tiến bộ khoa học sang sử dụng vận hành đã được đánh giá. Ví dụ, Aurora bắt đầu tại Microsoft Research AI for Science và hiện đang được Microsoft Weather xây dựng để sử dụng vận hành, với AI for Good giúp đánh giá các ứng dụng vì lợi ích công cộng. Con đường nền tảng đưa Aurora vào Microsoft Foundry và Planetary Computer Pro, cùng với các kỹ năng Agent và dịch vụ Azure kết nối các mô hình với dữ liệu không gian địa lý, cơ sở hạ tầng có thể mở rộng và quy trình làm việc ứng dụng. BKW cung cấp một điểm chứng minh sớm: công ty đang sử dụng Aurora 1.5 cùng với các mô hình Microsoft Weather vận hành hiện có để hỗ trợ các hoạt động năng lượng nơi cần kết hợp việc sản xuất phụ thuộc vào thời tiết, lập kế hoạch cơ sở hạ tầng và dữ liệu môi trường.

“Sự hợp tác này chứng minh cách các khả năng AI tiên tiến và cơ sở hạ tầng đám mây mạnh mẽ có thể được áp dụng cho một trong những lĩnh vực chiến lược nhất — năng lượng, nơi thời tiết đóng vai trò cơ bản. Trong thời điểm chuyển đổi tăng tốc, nó hỗ trợ tham vọng của chúng tôi trong việc vận hành các hệ thống dựa trên năng lượng tái tạo ngày càng nhiều, nơi việc sản xuất vốn dĩ phụ thuộc vào thời tiết, và để dự đoán và quản lý sự biến đổi này tốt hơn với sự tự tin và chính xác cao hơn.”

Từ nghiên cứu mở đến tác động rộng lớn hơn

Sự sẵn có mã nguồn mở của Aurora nhằm giúp các nhà nghiên cứu, cơ quan, công ty và xã hội dân sự đánh giá, áp dụng và mở rộng mô hình. Microsoft Weather đang xây dựng trên nền tảng mở đó để cung cấp quyền truy cập dễ dàng hơn vào các dự báo của Aurora thông qua các dịch vụ được quản lý, tích hợp và các con đường triển khai có trách nhiệm cho các tổ chức phụ thuộc vào thông tin tình báo về thời tiết và hệ thống Trái đất.

Các mô hình nền tảng nên bổ sung — chứ không phải thay thế — các mô hình dựa trên vật lý và chuyên môn lĩnh vực. Cơ hội là sử dụng chúng một cách có trách nhiệm, với sự đánh giá cẩn thận và minh bạch, đồng thời mời các nhà nghiên cứu, cơ quan, công ty và đối tác vì lợi ích công cộng kiểm tra xem Aurora và các khả năng liên quan của Microsoft Weather có thể cải thiện dự báo, lập kế hoạch và khả năng phục hồi khí hậu trong bối cảnh của riêng họ như thế nào.

Về Microsoft Weather

Microsoft Weather là nhóm dự báo dựa trên AI đứng sau các trải nghiệm thời tiết trên Windows, Bing, Copilot, Edge và MSN, tiếp cận hơn một tỷ thiết bị tại 180 quốc gia. Nhóm đã áp dụng AI vào dự báo thời tiết vận hành trong hơn bảy năm và đã xây dựng được thành tích đã được chứng minh trong việc cung cấp các dự báo chất lượng cao ở quy mô toàn cầu. Microsoft Weather đã giành được nhiều cuộc thi dự báo và được một bên thứ ba độc lập xếp hạng là nhà cung cấp dự báo toàn cầu chính xác nhất thế giới trong ba năm liên tiếp từ 2022 đến 2024. Dựa trên thông báo về Aurora 1.5 hôm nay, nhóm có kế hoạch mở rộng công việc này trong những tháng tới với các mô hình thời tiết AI phù hợp với mục đích bổ sung được thiết kế cho các kịch bản doanh nghiệp nơi chất lượng dự báo, tốc độ, sự không chắc chắn và hỗ trợ quyết định vận hành là quan trọng nhất.

Nếu bạn quan tâm đến việc khám phá các giải pháp Aurora và Microsoft Weather cho các ứng dụng thương mại hoặc tổ chức, vui lòng liên hệ với chúng tôi tại [email protected]