Viimase 70 aasta ilmaprognooside aluseks olnud klassikalised ennustusmudelid põhinevad keerukatel matemaatilistel võrranditel ja fundamentaalsetel füüsikaseadustel. Tänu satelliitide ja maapealsete vaatlusvõrkude laienemisele ning arvutusvõimsuse kasvule on iga kümne aastaga pikenenud usaldusväärne ilmaennustuse horisont keskmiselt päeva võrra.

Teisisõnu, kui mõnikümne aasta eest peeti heaks saavutuseks kolmepäevast prognoosi, siis praeguseks on sama täpne viiepäevane prognoos. Nii on muutunud kasulikuks isegi kümnepäevased ennustused.

Piiri seniharjunud viisil nihutamine on muutunud aga üha raskemaks. Soovides näha peenemaid üksikasju, kasvab ka arvutusmaht plahvatuslikult. Näiteks mudeli lahutusvõime kahekordistamisel suureneb arvutuspunktide arv kaheksa korda. Ühtlasi on täpsema prognoosi jaoks vaja mudelisse lisada üha keerukamaid füüsikalisi protsesse, näiteks õhukeemia mõju. Kõik see suurendab vajadust veelgi võimsamate superarvutite järele ja üha rohkem aega võtab ka arendustöö.

Tehisarul põhinevad lahendused on olemuselt teist tüüpi. Füüsikavõrrandite asemel õpivad need hiiglaslikest ajaloolistest ilma- ja kliimaandmete kogumitest mustreid. Nii tuvastavad need tehisnärvivõrkude abil seoseid praeguste ja tulevaste ilmastikutingimuste vahel, tuginedes sellele, mis minevikus juhtus.

Samale põhimõttele toetusid ka Microsofti teadlased Aurora mudelit luues. Erinevalt varasematest katsetest treenis Microsofti töörühm, eesotsas Paris Perdikarisega, seda laiapõhjalisemalt, söötes sellele ette enam kui miljoni tunni jagu geofüüsikalisi andmeid.

Teadlased kirjutavad ajakirjas Nature, et seda saab võrdlemisi väikese vaevaga ehk nelja kuni kaheksa nädalaga peenhäälestada eriilmeliste ülesannete täitmiseks, alates ilmast ja õhukvaliteedist kuni ookeanilainete ja isegi taastuvenergiaturgude prognoosimiseni.

Võimekuse näitlikustamiseks tehtud katsetes suutis Aurora ennustada troopiliste tsüklonite trajektoore viis päeva ette kõigil puhkudel paremini, kui tegid seda seitse prognoosikeskust. Kümnepäevaste üleilmsete prognooside vallas seljatas mudel Euroopa Keskpika Ilmaennustuse Keskuse (ECMWF) maailma etaloniks peetava mudeli 92 protsendil juhtudest. Seejuures saavutas Aurora 0,1° resolutsiooni, mis on võrreldav ECMWF-i täpseima mudeliga ja on oluliselt kõrgem varasematest TI-mudelitest, mis piirdusid enamasti 0,25°-ga.

Õhukvaliteedi ja ookeanilainete prognoosimisel edestas mudel praegust kuldstandardit vastavalt 74 ja 86 protsendil puhkudest. Samuti oli tegu ainsa seni proovile pandud TI-mudeliga, mis suutis täpselt prognoosida Euroopat 2023. aasta oktoobri lõpus laastanud tormi Ciaráni äkilist tuulekiiruse kasvu.

Sejuures suutis Aurora genereerida prognoose võrreldes traditsiooniliste mudelitega tuhandeid kordi kiiremini – loetud sekunditega – ja sadades kordades väiksema arvutuskuluga. See võimaldaks tulevikus erakordsetele ilmaoludele kiiremini reageerida ja muuta prognoosid kättesaadavaks rohkematele inimestele.

Nii töö autorite kui ka teiste sõltumatute teadlaste sõnul pole Aurora-taoliste mudelite kasutuselevõtt siiski sirgjooneline ja klassikalised ilmamudelid ei kao veel niipea kuhugi. Esiteks on TI-mudelite edu taga treeningandmed, mis koguti aastakümnete jooksul traditsioonilise modelleerimise ja mõõtmiste abil. Samuti vajavad need praegu veel traditsioonilisi andmete assimileerimise süsteeme, et saada oma prognooside jaoks täpsed algtingimused.

Erinevalt traditsioonilistest mudelitest ei põhine TI-mudelid ka füüsikaseaduste otsesel rakendamisel. Nõnda jääb oht, et mudel võib genereerida füüsikaliselt ebarealistlikke prognoose, mille paikapidavust peavad inimennustajad hoolikalt hindama. Viimaks seisavad TI-mudelid sarnaselt traditsiooniliste mudelitega silmitsi raskustega näha ette äärmuslikke ilmastikunähtusi, nagu kuumalaineid või tugevaid paduvihmu.

Üleilmselt ilma prognoosivad TI-mudelid ei sobi ka väga hästi spetsiifiliste kohalike prognooside tegemiseks. Nõnda on ekspertide hinnangul vaatamata tekkinud elevusele veel pikk tee minna, enne kui kõik lubadused täielikult teoks saavad.

Samas on hakanud TI-d oma töös üha rohkem kasutama ka traditsioonilised meteoroloogia-organisatsioonid, nagu Euroopa Keskpika Ilmaennustuse Keskus. ECMWF andis oma liikmesriikidele enda loodud TI-mudelile ligipääsu tänavu veebruaris. Kuigi mudeli lahutusvõime on 30 ruutkilomeetrit, on see juba argikasutuses ja kasutab füüsikapõhisest mudelist umbes 1000 korda vähem arvutusaega. 

Töö ilmus ajakirjas Nature.