Microsoft Research hat mit Probabilistic Bias Correction (PBC) ein Machine-Learning-Verfahren vorgestellt, das Wetterprognosen für den schwierigen Zeitraum von zwei bis sechs Wochen verbessert. Statt ein weiteres Wettermodell zu bauen, lernt PBC aus den wiederkehrenden Fehlern vorhandener physikbasierter, KI-gestützter und hybrider Modelle. Dadurch können Landwirte, Energieversorger und Katastrophenschützer früher planen.
Wie PBC Wetterfehler korrigiert
Wettermodelle liefern heute bis etwa zwei Wochen brauchbare Vorhersagen. Danach summieren sich kleine Fehler, während die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozeanen, Land und Eis die Prognose erschweren. PBC setzt genau an dieser Lücke an und korrigiert nicht nur einzelne Werte, sondern die Wahrscheinlichkeitsverteilung für Temperatur, Niederschlag und Luftdruck.
Das Verfahren vergleicht frühere Vorhersagen mit dem tatsächlich eingetretenen Wetter. Daraus lernt es typische Abweichungen für Ort, Jahreszeit und Wahrscheinlichkeitsbereich. Diese Korrektur lässt sich auf unterschiedliche Ausgangsmodelle anwenden und benötigt kein komplett neu trainiertes globales Wettermodell.
Quelle: Microsoft
In der in »Nature« veröffentlichten Studie verbesserte PBC das bereits bereinigte ECMWF-Modell bei 98 Prozent der Niederschlagsziele, 92 Prozent der Temperaturziele und 91 Prozent der Luftdruckziele. Beim KI-Modell AIFS-SUBS des ECMWF verdoppelte sich die durchschnittliche Prognosegüte über alle untersuchten Variablen und Vorlaufzeiten.
Auch im laufenden Betrieb überzeugte der Ansatz. Das auf PBC beruhende System MicroDuet gewann im ersten dreimonatigen Abschnitt der AI Weather Quest sämtliche Kategorien und Vorlaufzeiten. Es setzte sich gegen Modelle von sechs Wetterzentren und die Beiträge von 34 Teams durch. Über das gesamte Jahr lieferte MicroDuet ebenfalls die besten Ergebnisse.
In Kenia hilft PBC dem Wetterdienst bereits bei wöchentlichen Einschätzungen zu sehr starkem oder sehr geringem Regen. Solche Vorhersagen beeinflussen die Wahl des Saatguts sowie den Zeitpunkt für Aussaat und Düngung. Microsoft bietet den eigenen S2S-Wetterdienst mit bis zu sechs Wochen Vorlauf derzeit ausgewählten Kunden zum Test an. Der PBC-Code steht unter einer Open-Source-Lizenz auf GitHub.
