KI-Modelle verbessern Vorhersagen für Golf von Mexiko ohne physikalische Inkonsistenzen

Forschungsteams aus der University of California, Santa Cruz, dem japanischen Technologiekonzern Fujitsu und der North Carolina State University haben ein neuartiges KI-gestütztes Modell für die Simulation regionaler Ozeandynamik entwickelt, das die Genauigkeit bestehender physikbasierten Modelle bei kurzfristigen Vorhersagen übertreffen und gleichzeitig über einen Zeitraum von zehn Jahren ohne „KI-Halluzinationen“ – also physikalisch unmögliche Szenarien – funktioniert. Das Modell konzentriert sich auf die Golf von Mexiko, eine strategisch wichtige Region für Energieerzeugung, Schifffahrt und Küstenökonomie, wo sich große Wirbel der Golfstromströmung bilden und zu gefährlichen Wellen führen können. Traditionelle Modelle sind zwar genau, aber rechenintensiv, energieaufwendig und langsam. Die neue KI-Technologie überwindet diese Grenzen durch einen zweistufigen Ansatz: Zunächst wird eine grobe, 8-Kilometer-Auflösung genutzt, um langfristige Ozeandynamik zu erfassen. Anschließend wird diese Vorhersage durch ein tiefes Lernmodell auf vier Kilometer Auflösung „heruntergezoomt“, wobei physikalische Gesetze eingebaut werden, um realistische Ergebnisse zu gewährleisten. Dieser Ansatz, vergleichbar mit der Bildverfeinerung, ermöglicht eine bis zu 100.000-mal schnellere Berechnung und erzielt bei 30-Tage-Vorhersagen bessere Ergebnisse als etablierte Modelle. Besonders bemerkenswert ist die Stabilität über zehn Jahre: Durch die strikte Einbindung physikalischer Einschränkungen, vor allem durch die Arbeit von Doktorand Leonard Lupin-Jimenez, wurde sichergestellt, dass das Modell nicht von realen Dynamiken abweicht. Die Kooperation zwischen Wissenschaft und Industrie, insbesondere mit Fujitsu, zielt darauf ab, das System direkt in maritime Anwendungen zu integrieren – von Schiffsrouteplanung bis hin zur Überwachung extremer Wetterereignisse. Das Modell ist bewusst leichtgewichtig und benutzerfreundlich gestaltet, damit es auch von Nichtexperten an Bord von Schiffen genutzt werden kann. Die Forscher sehen darin einen Meilenstein für die Anwendung von KI in den Erdsystemwissenschaften, wo KI-Modelle zunehmend die klassischen physikalischen Ansätze überflügeln. Industrieexperten wie Subhashis Hazarika von Fujitsu betonen, dass die Arbeit einen entscheidenden Schritt in Richtung industriell einsetzbarer, wissenschaftlich validierter KI-Systeme darstellt. Die enge Zusammenarbeit zwischen akademischer Forschung und Industrie, unterstützt durch eine Graduierten-Programm bei Fujitsu, zeigt, wie interdisziplinäre Innovationen realwelttaugliche Lösungen hervorbringen können. Das Projekt demonstriert, dass KI in der Ozeanographie nicht nur schneller, sondern auch genauer und stabiler sein kann – ein Trend, der auch auf andere globale Ozeanströmungen wie den Golfstrom übertragbar ist. Die Methode könnte zukünftig auch für Klimamodellierung, Risikobewertung und nachhaltige Ressourcenbewirtschaftung genutzt werden.