استخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين تنبؤات ضربات البرق

تحسنت توقعات الطقس بشكل كبير خلال العقد الماضي، حيث أصبحت توقعات الطقس لمدة خمسة أيام دقيقة بنسبة 90٪. ومع ذلك، فإن جانبًا واحدًا من الطقس الذي طالما عثر على محاولات للتنبؤ به هو البرق. بسبب أن البرق غير قابل للتوقع، فمن الصعب تقليل الضرر الذي يمكن أن يسببه للحيوات البشرية والممتلكات والطبيعة. بفضل عمل فريق بحث من جامعة إيكول بوليتكنيك فيدرال دي لوزان، قد يصبح البرق أكثر قابلية للتنبؤ في المستقبل القريب.

كما ذكر في SciTechDaily، قام فريق من الباحثين من معهد الهندسة الكهرومغناطيسية في جامعة إيكول بوليتكنيك فيدرال دي لوزان مؤخرًا بإنشاء برنامج ذكاء اصطناعي قادر على التنبؤ بدقة بضربة برق في غضون 10 إلى 30 دقيقة وضربة برق في نطاق 30 كيلومترًا. يستخدم النظام الذي تم إنشاؤه بواسطة فريق الهندسة خوارزميات الذكاء الاصطناعي على البيانات الجوية، وسيتم استخدام النظام في مشروع European Laser Lightning Rod.

الهدف من مشروع European Laser Lightning Rod هو إنشاء أنظمة وطرق حماية جديدة من البرق. على وجه التحديد، يهدف مشروع ELLR إلى إنشاء نظام يستخدم تقنية ليزرية لتقليل عدد ضربات البرق الطبيعية الهابطة، من خلال تحفيز 闪电 الصعودية.

وفقًا لفريق البحث، تعتمد الطرق الحالية للتنبؤ بالبرق على البيانات التي تم جمعها بواسطة الرادار أو الأقمار الصناعية، والتي تميل إلى أن تكون مكلفة للغاية. يستخدم الرادار لمراقبة العواصف وتحديد الإمكانات الكهربائية للعاصفة. غالبًا ما تتطلب أنظمة التنبؤ بالبرق الأخرى استخدام ثلاثة أو أكثر من المستلمين في منطقة لتحديد مواقع البرق. إن إنشاء تنبؤات بهذه الطريقة هو عملية بطيئة ومعقدة.

بدلاً من ذلك، يستخدم الطريقة التي طورها فريق إيكول بوليتكنيك فيدرال دي لوزان بيانات يمكن جمعها في أي محطة طقس عادية. هذا يعني أن البيانات أقل تكلفة وأسهل في الجمع، ويمكن تطبيق النظام على المناطق النائية حيث لا تغطيها أنظمة الأقمار الصناعية أو الرادار، ولا توجد شبكات اتصال.

يمكن جمع بيانات التنبؤ أيضًا بسرعة وفي الوقت الفعلي، مما يعني أن المنطقة يمكن أن تتم إطلاعها على ضربات البرق القادمة حتى قبل تشكل العاصفة في المنطقة. كما ذكر في ScienceDaily، استخدم فريق إيكول بوليتكنيك فيدرال دي لوزان خوارزمية تعلم الآلة مدربة على البيانات التي تم جمعها من 12 محطة طقس سويسرية. غطت البيانات عقدًا من الزمن، وتم تمثيل المناطق الجبلية والمدن في مجموعة البيانات.

السبب في أن ضربات البرق يمكن التنبؤ بها هو أنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالظروف الجوية المحددة. واحدة من المكونات الأكثر أهمية لتشكيل البرق هي التحرك الحاد، حيث ترتفع الهواء الرطب عندما يصبح الجو غير مستقر في المنطقة المحلية. يمكن أن تسبب الاصطدامات بين قطرات الماء والجسيمات الجليدية والجزيئات الأخرى داخل السحب انفصال الشحنات الكهربائية داخل الجزيئات. يؤدي هذا الانفصال إلى إنشاء طبقات سحابية مع شحنات متعارضة، مما يؤدي إلى التفريغات التي تظهر كبرق. يمكن إطعام الميزات الجوية المرتبطة بهذه الظروف الجوية إلى خوارزميات التعلم الآلي لتنبؤ بضربات البرق.

من بين الميزات في مجموعة البيانات كانت متغيرات مثل سرعة الرياح والرطوبة النسبية ودرجة حرارة الهواء والضغط الجوي. تم وضع علامات على هذه الميزات بضربات برق مسجلة وموقع النظام الذي كشف عن الضربة. بناءً على هذه الميزات، تمكنت الخوارزمية من تفسير الأنماط في الظروف التي أدت إلى ضربات البرق. عندما تم اختبار النموذج، أثبت أنه قادر على التنبؤ بدقة بضربة برق في حوالي 80٪ من الوقت.

يتميز نموذج فريق إيكول بوليتكنيك فيدرال دي لوزان لأنه أول مثال لنظام يستند إلى بيانات جوية متاحة بشكل شائع يمكن التنبؤ بضربات البرق بدقة.