AI for Earth:Hvordan NASAs kunstige intelligens og åbne videnskabelige indsats bekæmper klimaændringer

Efterhånden som ekstreme vejrbegivenheder stiger rundt om i verden på grund af klimaændringer, er behovet for yderligere forskning i vores opvarmende planet også steget. For NASA involverer klimaforskning ikke kun at udføre undersøgelser af disse begivenheder, men også at give eksterne forskere mulighed for at gøre det samme. Den kunstige intelligens (AI)-indsats, som agenturet står i spidsen for, tilbyder et kraftfuldt værktøj til at nå disse mål.

I 2023 gik NASA sammen med IBM Research for at skabe en AI geospatial fundamentmodel. Uddannet på enorme mængder af NASA's udbredte Harmonized Landsat og Sentinel-2 (HLS) data, danner modellen en base for en række AI-drevne undersøgelser til at tackle miljømæssige udfordringer. I overensstemmelse med åbne videnskabsprincipper er modellen frit tilgængelig for alle.

Fundamentmodeller fungerer som en baseline, hvorfra videnskabsmænd kan udvikle et mangfoldigt sæt af applikationer, hvilket muliggør kraftfulde og effektive løsninger. "Fundamentmodeller ved kun, hvilke ting der er repræsenteret i dataene," forklarede Manil Maskey, datavidenskabsleder ved NASAs kontor for Chief Science Data Officer (OCSDO). "Det er ligesom en schweizerkniv - den kan bruges til flere forskellige ting."

Når først en fundamentmodel er oprettet, kan den trænes på en lille mængde data til at udføre en bestemt opgave. Til dato har Interagency Implementation and Advanced Concept Team (IMPACT) sammen med samarbejdspartnere demonstreret den geospatiale fundamentmodellens muligheder ved at finjustere den til at opdage forbrændingsar, afgrænse oversvømmelsesvand og klassificere afgrøde- og andre arealanvendelseskategorier.

På grund af de beregningsmæssige ressourcer, der kræves for at skabe den oprindelige fundamentmodel, var et partnerskab nødvendigt for succes. I dette tilfælde bragte NASA data og videnskabelig viden, mens IBM bragte computerkraft og AI-algoritmeoptimeringsekspertise. Holdets fælles forpligtelse til at gøre deres forskning tilgængelig gennem åbne videnskabsprincipper sikrer, at deres model kan være nyttig for så mange forskere som muligt.

"For at bygge en fundamentmodel i stor skala indså vi tidligt, at det ikke er muligt for én institution at bygge den," sagde Maskey. "Alt, hvad vi har lavet på vores fundamentmodeller, har været åbent for offentligheden, hele vejen fra før-træningsdata, kode, bedste praksis, modelvægte, finjustering af træningsdata og publikationer. Der er gennemsigtighed, så forskere kan spore hvorfor visse ting blev brugt i form af data eller modelarkitektur."

I forlængelse af succesen med deres geospatiale fundamentmodel, fortsætter NASA og IBM Research deres partnerskab for at skabe en ny, lignende model for vejr- og klimastudier. De samarbejder med Oak Ridge National Laboratory (ORNL), NVIDIA og flere universiteter for at bringe denne model ud i livet.

Denne gang vil hoveddatasættet være Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2), en enorm samling af atmosfæriske reanalysedata, der spænder fra 1980 til i dag. Ligesom den geospatiale fundamentmodel udvikles vejr- og klimamodellen med en åben videnskabelig tilgang og vil være tilgængelig for offentligheden i den nærmeste fremtid.

At dække alle aspekter af geovidenskab ville kræve flere grundmodeller trænet på forskellige typer datasæt. Maskey mener dog, at disse fremtidige modeller en dag kan blive kombineret til én omfattende model, hvilket vil føre til en "digital tvilling" af Jorden, der ville give uovertrufne analyser og forudsigelser for alle slags klima- og miljøbegivenheder.

Uanset hvilke innovationer fremtiden byder på, vil NASA og IBMs geospatiale og klimabaserede modeller muliggøre spring inden for jordvidenskab som aldrig før. Selvom kraftfulde AI-værktøjer vil forbedre forskernes arbejde, overlader holdets dedikation til at åbne videnskab mulighederne for opdagelse ved at give enhver mulighed for at omsætte disse værktøjer i praksis og bane vejen for banebrydende forskning, der kan hjælpe med at pleje planeten bedre.

Leveret af NASA