Použití umělé inteligence ke zlepšení předpovědi bleskových úderů

Předpověď počasí se v průběhu posledních deseti let výrazně zlepšila, pětidenní předpovědi jsou nyní asi 90 % přesné. Existuje však jeden aspekt počasí, který se dlouho pokoušel předpovědět, a to blesk. Protože blesk je tak nepředvídatelný, je velmi obtížné minimalizovat škody, které může způsobit lidským životům, majetku a přírodě. Díky práci výzkumného týmu ze Švýcarské federální polytechnické univerzity (EPFL) ve Švýcarsku, mohou být bleskové údery v blízké budoucnosti mnohem lépe předpověditelné.

Jak uvádí SciTechDaily, tým výzkumníků z laboratoře elektromagnetické kompatibility na EPFL nedávno vytvořil program umělé inteligence, který je schopen přesně předpovědět bleskový úder do 10 až 30 minut a v okruhu 30 kilometrů. Systém vytvořený inženýrským týmem aplikuje algoritmy umělé inteligence na meteorologická data a bude využíván v projektu Evropské laserové bleskové tyče (ELLR).

Cílem projektu ELLR je vytvořit nové typy systémů a technik pro ochranu před bleskem. Konkrétně ELLR cílí na vytvoření systému, který využívá laserovou techniku ke snížení počtu sestupných bleskových úderů, a to stimulací vzestupných bleskových výbojů.

Podle výzkumného týmu současné metody předpovědi blesku spoléhají na data shromážděná radary nebo satelity, což je velmi drahé. Radar se používá ke skenování bouří a určení elektrického potenciálu bouře. Další systémy předpovědi blesku často vyžadují použití tří nebo více přijímačů v regionu, aby se mohla triangulovat místa bleskových úderů. Vytvoření předpovědí touto metodou je často pomalý a složitý proces.

Místo toho metoda vyvinutá týmem EPFL využívá data, která lze shromáždit na standardních meteorologických stanicích. To znamená, že data jsou mnohem levnější a snazší shromáždit a systém by mohl být potenciálně aplikován v odlehlých regionech, kde satelitní nebo radarové systémy nepokrývají a kde jsou komunikační sítě řídké.

Data pro předpovědi lze také shromáždit rychle a v reálném čase, což znamená, že region by mohl být potenciálně informován o nadcházejících bleskových úderech, dokonce i předtím, než se v regionu vytvoří bouře. Jak uvádí ScienceDaily, metoda, kterou tým EPFL použil pro předpovědi, je algoritmus strojového učení, který byl vyškolován na datech shromážděných z 12 švýcarských meteorologických stanic. Data pokrývala deset let a zahrnovala horské i městské regiony.

Důvod, proč lze bleskové údery předpovědět, spočívá v tom, že jsou silně spjaty s konkrétními povětrnostními podmínkami. Jedním z nejdůležitějších faktorů pro tvorbu blesku je intenzivní konvekce, při které stoupá vlhký vzduch, protože se atmosféra stává nestabilní v místním regionu. Srážky mezi kapkami vody, ledovými částicemi a dalšími molekulami uvnitř mraků mohou způsobit oddělení elektrických nábojů uvnitř částic. To vede k vytvoření vrstev mraků s opačnými náboji, což vede k výbojům, které se objevují jako blesk. Atmosférické rysy spojené s těmito povětrnostními podmínkami lze krmit do algoritmů strojového učení, aby se předpověděly bleskové údery.

Mezi funkcemi v datové sadě byly proměnné, jako je rychlost větru, relativní vlhkost, teplota vzduchu a atmosférický tlak. Tyto funkce byly označeny zaznamenanými bleskovými údery a umístěním systému, který detekoval úder. Na základě těchto funkcí byl algoritmus schopen interpretovat vzorce v podmínkách, které vedly k bleskovým úderům. Když byl model testován, prokázal, že je schopen správně předpovědět bleskový úder asi 80 % času.

Model týmu EPFL je pozoruhodný, protože je prvním příkladem systému založeného na běžně dostupných meteorologických datech, který je schopen přesně předpovědět bleskové údery.