На самом деле существует 9 видов осадков: ИИ проанализировал миллионы частиц ради самого точного прогноза погоды

Прогнозы погоды часто не могут точно определить тип осадков. Компьютеру трудно отличить снег от дождя или града. Хотя это важно, потому что от типа осадков зависят безопасность на дорогах, риск лавин и запасы воды весной.

Вычисления становятся особенно трудными при температуре около нуля (от -3° до +5°C). Простые методы, которые смотрят только на температуру, здесь не работают. Для точного прогноза нужно знать свойства каждой частицы: ее размер, форму, плотность и скорость падения.

Ученые собирают большие объемы таких данных, но они включают много переменных, что создает путаницу. Новое исследование описывает метод решения этой проблемы. Был применен алгоритм, который находит скрытые закономерности в этих данных.

Данные с двенадцатью показателями

Для каждого пятиминутного периода осадков есть 12 разных показателей. Это температура, влажность и свойства частиц: как они распределены по размеру, их скорость падения, плотность и общее число. Данные собирались девять лет с семи станций. Получился большой массив информации, где все показатели связаны между собой непрямыми зависимостями. Анализировать такой массив напрямую было невозможно.

UMAP: алгоритм для анализа данных

Для анализа применили алгоритм UMAP. Это метод снижения размерности данных. Его работа — взять набор данных с 12 показателями и сжать его до трех главных осей. При этом он сохраняет исходную структуру, и похожие погодные условия остаются сгруппированными вместе.

Это отличает его от старых, линейных методов. UMAP может находить непрямые, изогнутые связи в данных, что было очень важно для успешного результата.

Классификация осадков: результаты работы алгоритма

После обработки данных с помощью UMAP получилась четкая схема всех состояний осадков. Три новые оси получили ясное физическое значение:

1. Фаза осадков (от дождя до снега).
2. Интенсивность (от слабой до сильной).
3. Форма частиц (от простых капель до снежинок).

На этой схеме ученые выделили девять отдельных групп — это девять разных типов осадков. Кроме дождя и снега, были определены разные виды смешанных осадков. Алгоритм показал, как один тип осадков плавно переходит в другой при изменении погоды, например, как дождь становится снегом.

Практическая польза этого метода

Во-первых, она может улучшить работу спутников. Спутник сможет точнее определять тип осадков у поверхности, сверяясь с этой схемой. Это полезно для мест без наземных станций, как Арктика.

Во-вторых, это помогает погодным и климатическим моделям. Вместо простых алгоритмов (например, «ниже нуля — снег»), модели смогут работать с вероятностями, полученными из реальных данных. Это позволит им точнее прогнозировать снежный покров и уровень воды.