I takt med att extrema väderhändelser ökar runt om i världen på grund av klimatförändringarna, har också behovet av ytterligare forskning om vår uppvärmande planet ökat. För NASA innebär klimatforskning inte bara att genomföra studier av dessa händelser, utan också att ge utomstående forskare möjlighet att göra detsamma. Insatserna med artificiell intelligens (AI) som leds av byrån erbjuder ett kraftfullt verktyg för att uppnå dessa mål.

År 2023 gick NASA ihop med IBM Research för att skapa en geospatial grundmodell för AI. Utbildad på stora mängder av NASA:s allmänt använda Harmonized Landsat och Sentinel-2 (HLS) data, ger modellen en bas för en mängd olika AI-drivna studier för att hantera miljöutmaningar. I enlighet med principerna för öppen vetenskap är modellen fritt tillgänglig för alla.

Grundmodeller fungerar som en baslinje från vilken forskare kan utveckla en mängd olika applikationer, vilket möjliggör kraftfulla och effektiva lösningar. "Grundmodeller vet bara vilka saker som finns representerade i data," förklarade Manil Maskey, datavetenskapsledaren vid NASA:s kontor för Chief Science Data Officer (OCSDO). "Det är som en schweizisk armékniv - den kan användas till flera olika saker."

När en grundmodell väl har skapats kan den tränas på en liten mängd data för att utföra en specifik uppgift. Hittills har Interagency Implementation and Advanced Concept Team (IMPACT) tillsammans med samarbetspartners visat den geospatiala grundmodellens kapacitet genom att finjustera den för att upptäcka brännskador, för att avgränsa översvämningsvatten och för att klassificera grödor och andra markanvändningskategorier.

På grund av de beräkningsresurser som krävdes för att skapa den ursprungliga grundmodellen var ett partnerskap nödvändigt för framgång. I det här fallet kom NASA med data och vetenskaplig kunskap, medan IBM kom med expertis för datorkraft och AI-algoritmoptimering. Teamets gemensamma engagemang för att göra sin forskning tillgänglig genom öppna vetenskapsprinciper säkerställer att deras modell kan vara användbar för så många forskare som möjligt.

"För att bygga en grundmodell i stor skala insåg vi tidigt att det inte är möjligt för en institution att bygga den," sa Maskey. "Allt vi har gjort på våra grundmodeller har varit öppet för allmänheten, hela vägen från förträningsdata, kod, bästa praxis, modellvikter, finjustering av träningsdata och publikationer. Det finns transparens, så forskare kan spåra varför vissa saker användes i termer av data eller modellarkitektur."

Efter framgången med deras geospatiala grundmodell fortsätter NASA och IBM Research sitt samarbete för att skapa en ny liknande modell för väder- och klimatstudier. De samarbetar med Oak Ridge National Laboratory (ORNL), NVIDIA och flera universitet för att få den här modellen till liv.

Den här gången kommer huvuduppsättningen att vara Modern-Era Retrospective Analys for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2), en enorm samling av atmosfärisk omanalysdata som sträcker sig från 1980 till idag. Liksom den geospatiala grundmodellen utvecklas väder- och klimatmodellen med ett öppet vetenskapligt tillvägagångssätt och kommer att vara tillgänglig för allmänheten inom en snar framtid.

Att täcka alla aspekter av geovetenskap skulle kräva flera grundmodeller tränade på olika typer av datamängder. Maskey tror dock att dessa framtida modeller en dag kan kombineras till en heltäckande modell, vilket leder till en "digital tvilling" av jorden som skulle ge oöverträffade analyser och förutsägelser för alla typer av klimat- och miljöhändelser.

Vilka innovationer framtiden än har att erbjuda, kommer NASA och IBM:s geospatiala och klimatbaserade modeller att möjliggöra språng inom geovetenskap som aldrig förr. Även om kraftfulla AI-verktyg kommer att förbättra forskarnas arbete, ökar lagets engagemang för att öppna vetenskapen möjligheterna till upptäckter genom att låta vem som helst använda dessa verktyg i praktiken och bana väg för banbrytande forskning för att hjälpa till att ta hand om planeten bättre.

Tillhandahålls av NASA