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我所携手青岛人工智能计算中心 共筑智慧海洋科研生态圈

时间:2022.12.14 来源:物理海洋 字号

海洋在气候变化中起控制性作用,是地球上最大的活跃碳库,也是重要性灾害性天气台风的诞生地。海洋具备巨大的热含量,是最大的气候调节器,人类活动引起全球热量增加的90%以上进入了海洋,可以说,如果没有海洋这个巨大的“空调”, 地球早已进入“水深火热”之中。然而,海洋又很“善变”,人类对于海洋灾害的认识和预测预报能力依然有限。自然资源部第一海洋研究所(以下简称“海洋一所”)副所长、国际欧亚科学院院士、青岛市科学技术最高奖获得者乔方利,就是一位潜心研究海洋“脾气”、预测预报海洋和气候变化的科技工编辑。

早在2022中国算力大会昇腾鲲鹏生态分论坛上,乔方利就智慧海洋探索与实践进行了分享,他指出:利用AI技术加速解决海洋高分辨率预测预报等问题,有望在国际领域成为新的突破点。青岛人工智能计算中心将成为海洋科研创新的新助力,可为海洋一所发展智慧海洋提供新动能。

 MASNUM实验室的新旅行:昇腾AI带来的科学智能变革

 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室(MASNUM实验室)是面向国家海洋减灾防灾、海洋环境安全保障及气候变化预测等重大需求,通过建立国际独具特色的海洋和地球系统数值模式,引领海洋与气候模式的发展,不断提升其模拟和预报预测能力,增进对海洋动力过程及其规律的认识,为国家可持续发展提供科学支撑。HUAWEI与MASNUM基于MindSpore和昇腾硬件,通过数值模式、多源数据与机器学习等深度融合,打造国产海洋与气候智能预测预报模型,并共同建设人工智能海洋与气候应用的科研生态圈。

海洋/气候数值模拟与机器学习融合示意图(改编自:宋振亚等,2019,海洋科学进展)

 在MASNUM实验室主任乔方利研究员的带领下,相关团队在11月份正式入驻青岛人工智能计算中心,为国产海洋与气候智能预测预报模型夯实了算力底座。双方拟围绕提升海洋上层环境(海浪、温度、盐度、营养盐、含氧量等)和以海洋为纽带的气候系统精细化结构及其变化的科学认知与模拟能力,突破人工智能海洋应用的科学与技术瓶颈,基于HUAWEI自主人工智能框架和海洋/海气耦合数值模式,提出海洋上层精细结构的变化及机理的新认知,形成具有自主常识产权的海洋上层环境和气候要素模拟的人工智能解决方案,在关键海区开展应用和评估,实现海洋上层环境的智能、精准模拟,促进人工智能、海洋科学、高性能计算的深度融合。

 上层海洋环境探索的新路径:三方深化合作助力智能快速预报研究

 海洋千姿百态,从湍流到环流、从海浪到潮汐、从溶解氧极小值到生物量极大值等,无不蕴藏着丰富的动力与生态过程。为探索上层海洋现象和规律认知,基于HUAWEI自主发展的MindSpore框架和计算中心平台,乔方利、宋振亚研究员等代表MASNUM实验室相关科研团队与HUAWEI、青岛人工智能计算中心达成合作规划,联创开展上层海洋与气候机理认知与智能快速预报研究。主要内容包括:

1.发展海洋环境多源异构数据精细化质控技术和多尺度、高维度时空变化特征智能提取方法,研究多特征的非线性映射关系,突破稀疏观测数据重构新技术,建立海洋环境大数据样本集。

2.发展针对海洋典型现象(如中尺度涡、锋面、内波等)的识别和分析模型,发展海上活动(船只、动物、风速、降水等)的识别和分析模型。

3.开展海洋环境预测预报物理模型参数化改进和模式订正研究,发展物理模型和智能模型集成和协同作用方法,提高复杂海洋环境预测预报能力。

4.发展可说明性人工智能模型,挖掘数据蕴含的海洋环境演化特征及相互关联,探索海洋环境现象特征规律、关键影响因子,实现轻量化海洋和气候现象预测预报。

海洋环境科学与数值模拟重点实验室宋振亚研究员表示,上层海洋与气候机理认知与智能快速预报和人工智能有着天然的耦合关系。预报需要大量的、多种多样的资料,而人工智能天生就是处理大数据的工具。在HUAWEI、青岛人工智能计算中心的加持下,上层海洋与气候机理认知与智能快速预报将建立数据-常识协同驱动的海洋环境预测预报新体系、构建一套上层海洋高分辨率数据集,用昇腾AI来赋能海洋预报和气候预测。目前双方已完成基于机器学习的海洋表层温度日变化预测模型的研制,基于深度学习方法的海浪波高快速预报模型OSWave-CNN的Mindspore框架适配也已完成,正在进行测试和认证。这些成果充分显示出了三方优势互补的合作成果和广阔的前景。

 

 


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