طالب تعلم الفيزياء من كتاب مدرسي ويؤدي امتحانًا. يحل المسألتين الأوليين ببراعة، لكنه يخطئ في الثالثة في أمر لم يرد في الكتاب. هذا تقريبًا شكل اختبار النموذج الهجين للغلاف الجوي NeuralGCM، الذي خضع لثلاثة مستويات من التحقق: الأعاصير، والنينيو، والاحترار الشاذ.
يجمع النموذج بين نواة فيزيائية وتعلم آلي يحل محل الحسابات المكلفة للعمليات الصغيرة. بدلاً من حساب كل سحابة صغيرة، تتعلم الشبكة العصبية من بيانات إعادة التحليل ERA5 والأمطار الساتلية IMERG للفترة 2001-2018. ثم يُسأل النموذج عن أشياء لم تكن في هذه البيانات، مثل التسخين المنتظم للمحيط بمقدار 4 درجات. وبهذه الطريقة يُختبر ما إذا كان النموذج قد استوعب الفيزياء أم مجرد حفظ الإحصاءات.
النينيو: يتعرف عليه النموذج أيضًا: الارتباط البعيد PNA يُعاد إنتاجه بمعامل ارتباط 0.86 لارتفاع الجهد الجغرافي 200 هكتوباسكال، وهو ما يقع ضمن نطاق تباين النماذج الفيزيائية. لكن النموذج يبالغ في تقدير سعة عدم التماثل غير الخطي للاستجابة. ومع ذلك، عند الاحترار المنتظم، ترتفع درجة الحرارة السطحية العالمية بمقدار 0.86 كلفن لكل كلفن من تسخين المحيط، وترتفع الأمطار بنسبة 4.14% لكل كلفن، وهو قريب من تقديرات CMIP6. يبدو أن الامتحان قد اجتيز.
لكن في طبقة التروبوسفير العليا والستراتوسفير السفلى، يعطي النموذج تبريدًا زائدًا في المناطق الاستوائية واحترارًا زائدًا في المناطق القطبية. ولهذا السبب، لا ينتقل التيار النفاث نحو القطب كما في النماذج الفيزيائية. السبب بسيط: النموذج لم يتلقَ تركيزات ثاني أكسيد الكربون والأوزون كمدخلات، لذا فإن استجابته في الستراتوسفير غير فيزيائية.
الطالب الذي تعلم الفيزياء من كتاب مدرسي اجتاز الامتحان، لكن ليس بامتياز. أظهر NeuralGCM أن النماذج الهجينة قادرة على التعميم خارج نطاق بيانات التدريب، وهو ما لم تحققه النماذج العصبية البحتة. لكن الأخطاء في الستراتوسفير تذكرنا: قبل الوثوق بهذه النماذج في الإسقاطات المناخية، يجب فهم الحد الأدنى من الفيزياء التي تحتاجها. الامتحان مستمر.
نموذج NeuralGCM تدرب على بيانات إعادة التحليل ERA5 والأمطار الساتلية IMERG فقط للفترة 2001-2018، لكنه استطاع إعادة إنتاج الاستجابة للاحترار الذي لم يرد في هذه البيانات. الأمر كما لو أن طالبًا تعلم الفيزياء من كتاب مدرسي واجتاز امتحانًا في مسائل لم تكن في الكتاب.
فكرة الذكاء الهجين، حيث يكمل التعلم الآلي القوانين الفيزيائية، تتناغم مع رواية ستانيسلاف ليم «سولاريس»، حيث يولد محيط واعٍ نماذج للضيوف من الذكريات. هنا، يولد النموذج استجابات مناخية بالاعتماد على أنماط تعلمها، لكنه أحيانًا يخلق أشباحًا في الستراتوسفير.