التنبؤ بما لا يمكن التنبؤ به
أصبحت التنبؤات الجوية اليومية دقيقة بشكل ملحوظ، لكن التنبؤ بالأحداث النادرة والمتطرفة - مثل موجات الحر الأكثر فتكًا - لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا. هذه الأحداث، التي تسمى أحيانًا 'البجعات الرمادية'، نادرة الحدوث لدرجة أنها تقع خارج نطاق أنماط الطقس المعتادة. يمكن للنماذج التقليدية القائمة على الحواسيب العملاقة محاكاتها، لكنها تتطلب موارد حسابية هائلة ووقتًا طويلاً. من ناحية أخرى، تتفوق نماذج التنبؤ الأحدث القائمة على الذكاء الاصطناعي في التنبؤات الروتينية ولكنها غالبًا ما تفشل في التقاط الحالات الشاذة غير الممثلة تمثيلاً كافيًا في بيانات التدريب الخاصة بها.
هذه الفجوة دفعت الباحثين إلى البحث عن حل وسط. فريق بقيادة علماء في جامعة شيكاغو وبالتعاون مع باحثين في فرنسا طور طريقة هجينة تجمع بين نقاط القوة في كلا النهجين. نُشرت التقنية الجديدة في مجلة Physical Review Letters، وتعد بتحسين التنبؤ بالأحداث الجوية النادرة وعالية التأثير مع استخدام موارد أقل بكثير من النماذج التقليدية.
تحدي البجعات الرمادية
تعد موجات الحر من بين أكثر أشكال الطقس المتطرف فتكًا. في عام 2003، تسبب موجة حر عبر أوروبا في وفاة ما يقدر بنحو 70,000 شخص، وفي عام 2010، شهدت روسيا موجة حر أدت إلى 56,000 حالة وفاة. وفي الآونة الأخيرة، في يونيو 2026، شهد ما يقرب من نصف الولايات المتحدة - حوالي 180 مليون شخص - درجات حرارة خطيرة. أصبحت هذه الأحداث أكثر تواترًا وشدة بسبب تغير المناخ، مما يجعل التنبؤ الدقيق أكثر أهمية من أي وقت مضى.
ومع ذلك، فإن طبيعة هذه الحالات الشاذة تجعل دراستها صعبة. فهي نادرة، لذا توجد بيانات تاريخية محدودة لتدريب نماذج التعلم الآلي. يمكن للنماذج التقليدية القائمة على الفيزياء، والتي تحاكي سلوك الغلاف الجوي من المعادلات الأساسية، توليد سيناريوهات متطرفة، لكنها تتطلب قوة حاسوبية هائلة وقد تستغرق أيامًا للتشغيل. وهذا يجعلها غير عملية للتنبؤ في الوقت الفعلي أو لاستكشاف العديد من السيناريوهات المحتملة.
كما يوضح بيدرام حسن زاده، الأستاذ المشارك في العلوم الجيوفيزيائية بجامعة شيكاغو والقائد المشارك للبحث، 'نماذج الذكاء الاصطناعي للطقس والمناخ هي واحدة من الإنجازات العظيمة للذكاء الاصطناعي في العلوم، لكنها ليست سحرية - فهي تفشل في التعامل مع البجعات الرمادية، وهي الأحداث الأكثر ندرة وتطرفًا. يمكن للنماذج التفصيلية القائمة على الفيزياء التقاط الحالات المتطرفة، لكنها تتطلب كميات كبيرة من الوقت والطاقة بشكل غير مقبول.'
حل هجين
الطريقة الجديدة، التي طورها مختبر حسن زاده لنظريات وبيانات المناخ المتطرف بالتعاون مع باحثين دوليين، تدمج الذكاء الاصطناعي مع النمذجة التقليدية القائمة على الفيزياء. يستفيد النهج من سرعة الذكاء الاصطناعي لاستكشاف مجموعة واسعة من الظروف المحتملة، بينما يستخدم النماذج الفيزيائية لضمان أن الأحداث النادرة واقعية فيزيائيًا. يسمح هذا المزيج للفريق بتقدير احتمالية الأحداث المتطرفة بشكل أكثر دقة وكفاءة.
يكمن الابتكار الرئيسي في كيفية تفاعل المكونين. نموذج الذكاء الاصطناعي، المدرب على مجموعة محدودة من عمليات محاكاة الأحداث المتطرفة، يقترح سيناريوهات مرشحة. ثم يتم التحقق من صحتها وتحسينها باستخدام النموذج الفيزيائي، الذي يصحح أي نتائج غير واقعية. تتقارب هذه العملية التكرارية إلى توزيع احتمالي موثوق للأحداث النادرة، حتى عندما يفشل الذكاء الاصطناعي وحده في التقاطها.
'قوة هذه الطريقة هي أنها تجمع بين نقاط القوة في كل من الذكاء الاصطناعي والفيزياء التقليدية وهي فعالة بشكل خاص للأحداث المتطرفة، التي يصعب محاكاتها ولها أكبر تأثير اجتماعي'، قال حسن زاده.
آثار على التنبؤ وأبحاث المناخ
يمكن للنهج الهجين أن يحسن بشكل كبير قدرتنا على توقع الأحداث الجوية النادرة ولكن المدمرة. على سبيل المثال، يمكن أن يساعد مخططي الطوارئ في الاستعداد لموجات الحر أو الفيضانات أو الجفاف التي قد تحدث مرة كل قرن أو حتى ألف عام. من خلال توفير احتمالات أكثر دقة، يمكن للطريقة أن تفيد تصميم البنية التحتية، واستراتيجيات الصحة العامة، وخطط الاستجابة للكوارث.
علاوة على ذلك، فإن انخفاض التكلفة الحسابية يعني أنه يمكن تشغيل مثل هذه التنبؤات بشكل متكرر ولفترات زمنية أطول. وهذا يمكن أن يؤدي إلى تنبؤات موسمية وعقدية أفضل، مما يساعد المجتمعات على التكيف مع مناخ متغير.
كما يؤكد البحث على أهمية الجمع بين الذكاء الاصطناعي والفهم الفيزيائي. في حين أحدث الذكاء الاصطناعي ثورة في العديد من المجالات، إلا أن له قيودًا عندما يتعلق الأمر بالأحداث النادرة. من خلال دمج الاثنين، يمكن للعلماء تسخير أفضل ما في العالمين.
النظر إلى المستقبل
يخطط الفريق لتحسين الطريقة بشكل أكبر واختبارها على أنواع أخرى من الأحداث المتطرفة، مثل الأعاصير والأعاصير القمعية. كما يهدفون إلى جعل الأداة متاحة لخدمات الأرصاد الجوية وباحثي المناخ في جميع أنحاء العالم.
مع ازدياد الطقس المتطرف شيوعًا، تزداد الحاجة إلى التنبؤ الدقيق. يقدم هذا النهج الهجين طريقًا واعدًا للمستقبل، يمكن أن ينقذ الأرواح ويقلل الخسائر الاقتصادية. من خلال تحسين قدرتنا على التنبؤ بما لا يمكن التنبؤ به، يمكننا الاستعداد بشكل أفضل للتحديات التي تنتظرنا.
في الوقت الحالي، تمثل الطريقة خطوة مهمة إلى الأمام في علم التنبؤ بالأحداث المتطرفة. إنها شهادة على قوة التعاون متعدد التخصصات وإمكانات الجمع بين الذكاء الاصطناعي المتطور والمبادئ الفيزيائية المجربة.
هذا المقال مبني على تقرير من Phys.org. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on phys.org
