AI赋能千行百业!“伏羲”2.0观天测海,“女娲”探索人体奥秘

来源:上海教育新闻网

作者:程媛媛

时间:2024-06-05 11:15:26

本网讯(记者 程媛媛)6月3日,全新升级、面向产业应用的“伏羲”系列气象大模型2.0(下文简称:“伏羲”2.0)发布,以“伏羲”2.0为核心的智能气象创新生态联盟成立,进一步推动智能气象领域的产学研用深度融合。仪式上,上海科学智能研究院(下文简称:上智院)与中远海运科技股份有限公司、上海大数据股份有限公司、国网电力市场运营实验室等三家企业机构达成战略合作。

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据介绍,智能气象创新生态联盟由复旦大学、中远海运科技股份有限公司、国家气候中心、上海科创投集团、上智院等13家单位联合成立。通过联盟,各方将共享资源,共同推进“伏羲”系列气象大模型的产业化应用,构建开放、协作、创新的气象产学研生态系统。

升级变身的“伏羲”观天测海

首个面向气象导航的全球气象大模型诞生

“自诞生以来,‘伏羲’一直在成长。”上海科学智能研究院地球科学负责人、复旦大学研究员李昊介绍,自团队开发出伏羲气象大模型以来,科研攻关步履不停,不断提高模型的精度,推进真实场景的应用。相较于去年推出的1.0系列,“伏羲”2.0的中期天气预报大模型和次季节大模型,面向新能源、航空运输等行业取得进展。

台风、暴雨、干旱、洪涝……气候变化的加剧导致极端天气事件频发,威胁多个行业的稳定与发展。在海运过程中,洋流、风向、台风、航线选择等对航海安全、成本等影响巨大。通过高精度的全球天气预报,远洋气象导航对降低航行成本及规避恶劣天气具有重要意义,但长期以来,航海中的气象导航被日本、荷兰等国外厂商垄断。

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在上智院与中远海运的合作中,“伏羲”2.0进行优化升级,首个面向气象导航优化的全球气象大模型应运而生,为国家航海安全保驾护航。“我们面向气象导航对‘伏羲’大模型进行优化,提高时空分辨率,实现未来15天0.1度逐小时气象预测;构建海气耦合模型,纳入风浪、涌浪、海温等要素,提升全球风、浪、流、能见度等预测精度;进行极端天气优化,提升台风、极端降水等更多灾害性场景的预测精度。”多层次焕然升级的“伏羲”2.0,有望助力解决远洋气象导航长期依赖国外服务厂商问题,落实“国船国导”、实现“国产替代”。

对新能源产业,“伏羲”2.0是全球首个针对新能源优化的气象大模型,带来更准确的风速、辐照和发电能力预测,能够优化风电和太阳能发电的效率、平衡电网负荷、减少弃风弃光等,相当于为风电场和太阳能电站装上智能导航系统。

翱翔天际,云层间穿梭,云量的优化对航空业的飞行安全至关重要。“伏羲”2.0率先研发低云量、总云量等多个航空关注的气象要素,有助于预测飞行中可能遇到的积冰、颠簸、光线明暗不均等各种天气现象,提升飞行体验、降低行业成本等。

观天下风云变幻,一览全球气候变化。此前亮相迪拜的“伏羲”次季节大模型是第一个人工智能驱动的次季节尺度气象大模型,提供42天时长的预测,单次预测推理时间小于10秒。

“在极端天气预报方面,‘伏羲’通过采用扩散模型优化,有效缓解模型预报的平滑问题,提高对极端降水和大风等极端天气现象的预报精度,超越欧洲中期天气预报中心的数值天气预报精度。”

气象预报技术的突破不仅提升了预报的精度和时效性,也能为相关产业带来显著的经济效益。“伏羲”2.0采用人工智能大模型技术,相对数值模式计算速度有千倍以上的提升。落实到场景应用上,国网电力市场运营技术实验室主任冯树海表示:“‘伏羲’中期天气预报大模型提供的精准风速和辐照预报,能够大幅提高新能源电力的调度和管理效率,期待‘伏羲’不断精进、合力降低中国电力行业运营成本。”

“伏羲”的升级之路仍在继续。下一步,团队将推进“端到端”气象大模型,构建基于气象大模型的同化系统,实现多种卫星资料同化(微波、红外等),摆脱对传统模式的依赖;开发地球系统大模型,实现大气、海洋、陆面、冰冻圈的预报,探索大气污染、气候风险预报;构建基于大模型的国产化再分析数据集,利用大模型构建完全独立自主的国产化再分析数据,摆脱模型训练对国外数据的依赖。

从“伏羲”到“女娲”

上智院大模型+1+1+1

“女娲造人”的神话亘古流传。以此命名,上智院生命科学团队开发出女娲医药大模型,探索与破译人类生命健康的奥秘。该模型理解从序列到结构到功能、从静态到动态、从微观到宏观的基本规律,推动变革性产业应用。

女娲医药大模型包括DNA大模型和动态蛋白质大模型。其中,DNA大模型,以全球最长序列、最细粒度的基因调控关系理解,促进生物机制的发现。它基于状态空间模型,捕捉长序列关联,构建2亿参数的DNA模型,相比DeepMind等团队发布的高精度基因表达预测模型Enformer,分辨率和调控距离提升4倍,将应用于药物靶点发现。而动态蛋白结构大模型,是全球首个基于氨基酸序列生成蛋白质全量3D结构(主链+侧链)的扩散模型,实现了5个时间点的蛋白质3D动态结构预测,正在突破长时间的动态预测(>100个时间点),将应用于口袋发现。

团队还开发出大规模并行化多尺度表型AI分析工具,分析规模、速度提升多个量级,发现人体表型网络随时间脆弱化的规律及衰老时间拐点,指出多个潜在衰老分子标志物,助力书写“科技抗衰”新篇章。

“女娲”的产业化前景同样可观,团队将与企业合作研发RNA大模型,预测RNA的结构和功能,加速RNA疫苗研发,促进核酸药物设计;研发生物影像大模型,实现多模态时空理解与生成,赋能智能诊疗,例如与华山医院、全景医学合作优化神经退行性疾病的诊疗方法和设备。

“伏羲”和“女娲”两大模型分别是上智院地球科学、生命科学领域的代表性成果。在物质科学领域,上智院则构建物质科学大模型,致力于数据、工具、机理融合,已构建第一性原理(QM)数据库,4000万分子构象数据库具备全球最大规模。团队开发出薛定谔方程AI求解模型,高精度近似求解薛定谔方程,拥有被称为小分子药物亲和力预测精度持平“世界最好的商用软件”薛定谔FEP+。另有AI驱动的多孔材料模型、计算物质科学通用模型。

建设科学大模型的评测体系也已提上日程。相比通用大模型,科学大模型评测从专用领域的具体科学问题出发,更关注专业指标和科学机理的一致性。

AI赋能千行百业

科学智能新生态蓬勃发展

仪式上,上智院与三家企业机构签署战略合作伙伴协议,就联合研究与开发、实施科研成果转化、开展人才培养计划等达成一系列共识。此次协议的签署标志着“1+1+N”科学智能生态模式的深化与落实。

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如果说“伏羲”系列气象大模型在上智院和复旦大学的诞生突破是从0到1,那么智能气象创新生态联盟就是为了解决基础性技术突破后的产业化接力问题,完成1到10乃至100的关键步骤。生态环境部应对气候变化司一级巡视员蒋兆理说:“当前大数据、云计算、人工智能等新兴技术正在加速向经济社会和公共治理的各个领域融合渗透。今天的联盟只是一个开始,我很期待未来看到新兴技术在应对气候变化的更多领域发挥作用,助力经济动能转化、推动减污降碳深度融合、支持实体经济发展。”

“只有创新链、产业链、人才链真正打通,才能形成合力,让科技经得住时间和市场的双重检验。”上海科学智能研究院院长、复旦大学浩清特聘教授漆远表示,智能气象创新生态联盟的成立,为上智院加速科技成果向现实生产力转化搭建了一个政产学研用协同创新的广阔平台。未来,上智院将全力以赴推动“伏羲”等交叉学科科研成果转化落地,让科学智能给能源、交通、农业、金融等行业赋能加速。


责任编辑:程媛媛

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