DWD AICON

L'apprendista di ICON

Quando nel 2022 le reti neurali hanno cominciato a rivaleggiare con le previsioni basate sulla fisica, la maggior parte di esse imparava dallo stesso manuale: ERA5, la rianalisi del tempo passato dell'ECMWF, usata con un punto circa ogni 31 km e un'immagine ogni 6 ore. Il Deutscher Wetterdienst, il servizio meteorologico nazionale tedesco, ha scelto di addestrare una propria rete sui propri dati. Il suo nome, AI davanti a ICON, lo dice chiaramente: ICON è il modello fisico dalle cui uscite ha imparato.

Questi dati sono ICON-DREAM, una rianalisi in cui il DWD ha rifatto girare il tempo dell'intero globo dal 2010 in poi con il suo sistema di previsione ICON nella versione del marzo 2024: l'atmosfera passata ricostruita ogni 3 ore sui triangoli a 13 km di ICON, a partire dalle osservazioni dell'epoca. AICON è stato addestrato su quindici anni di questa rianalisi. Ciò che decide la qualità di un metodo di IA sono i dati su cui viene addestrato, come ha detto al lancio la presidente del DWD, Sarah Jones. La rete stessa è costruita su Anemoi, il framework open source che l'ECMWF e diversi servizi meteorologici europei hanno lanciato nel 2024, al quale il DWD ha aggiunto i pezzi necessari per lavorare sulle griglie di ICON.

AICON-Global ha cominciato a girare 24 ore su 24 il 3 settembre 2025, un periodo di prova di sei mesi durante il quale i previsori del DWD lo hanno confrontato quasi ogni giorno con ICON e con altri modelli fisici e di machine learning. Il 2 marzo 2026 il ministro federale dei Trasporti, Patrick Schnieder, lo ha messo in servizio presso la sede del DWD a Offenbach, facendo del DWD uno dei primi servizi meteorologici nazionali con un modello di machine learning pienamente operativo. AICON affianca ICON, che resta il cuore delle previsioni del DWD, e le sue previsioni fanno ora parte della base degli avvisi meteorologici del DWD.

Sono seguiti due cambiamenti. Dal 6 maggio 2026 AICON parte dalla versione inizializzata dell'analisi di ICON, quella su cui è stato addestrato, invece che da quella grezza, una correzione il cui unico effetto significativo ha riguardato la pressione al suolo nelle prime ore. Il 30 giugno 2026 il DWD ha aggiunto AICON-EU, una versione regionale sulla griglia di ICON-EU di circa 6,5 km sull'Europa. Nell'agosto 2026 dodici scienziati del DWD hanno pubblicato la descrizione completa del modello globale, del suo addestramento e di un anno di verifica.

Una rete sui triangoli di ICON

AICON non risolve alcuna equazione. Dati lo stato attuale dell'atmosfera e quello di 3 ore prima, prevede lo stato di 3 ore dopo; poi reimmette la propria previsione e ripete, sessanta volte per un'emissione di 180 ore. Ogni errore commesso all'inizio si trascina nei passi successivi, come in tutti i modelli che funzionano in questo modo.

Ciò che lo distingue è il suo grafo, tracciato direttamente dalla griglia di ICON. I suoi 2.949.120 triangoli, di circa 13 km, sono i punti che la rete legge e scrive. Ciascuno è collegato ai tre vertici che lo sovrastano su una griglia nascosta più grossolana di 368.642 punti, dove la previsione viene effettivamente calcolata; questa griglia unisce i lati di tutti i livelli di raffinamento della griglia di ICON, dal più grossolano al più fine, così che l'informazione possa attraversare un oceano in un solo passo come raggiungere la cella vicina. La rete è un graph transformer: uno strato di attenzione per raccogliere i triangoli sulla griglia nascosta, 16 per far avanzare l'atmosfera, uno per riportarla indietro, ciascuno con 16 teste di attenzione.

Lavora sui livelli verticali propri di ICON anziché su livelli di pressione: 13 dei livelli che seguono il terreno, aderendo al suolo e al mare e appiattendosi con la quota, da vicino alla superficie fino a circa 50 hPa. Su di essi prevede vento, temperatura, umidità e pressione; in superficie, il vento a 10 m, la temperatura e l'umidità a 2 m, la pressione al suolo, la temperatura della superficie (quella del mare, sull'acqua), la neve e due strati di suolo. Le precipitazioni sono l'unica uscita mai reimmessa.

L'addestramento è andato dal grossolano al fine: prima su ICON-DREAM diradato a 52 km, poi a 26 km, poi sui 13 km completi, con la rete che conservava ciò che aveva appreso a ogni fase. Le fasi elencate nell'articolo sommano circa 2.900 ore di processore grafico su un solo nodo di otto NVIDIA A100. Gli errori sono valutati come errore quadratico medio pesato, con i livelli vicini alla superficie che pesano cinque volte più di quello più alto, il che mostra dove stanno le priorità del DWD.

La sua scelta centrale è addestrarsi su un solo passo di 3 ore. La maggior parte dei modelli di machine learning viene addestrata su previsioni di un giorno o più, concatenate passo dopo passo, il che migliora i loro punteggi principali ma insegna loro a sfumare tutto ciò che non sanno prevedere. Il DWD ci ha provato: una versione di prova a 52 km addestrata su sequenze di 24 ore batteva ICON su molti punteggi principali, ma perdeva il dettaglio a piccola scala, così il DWD vi ha rinunciato. AICON smussa comunque, poiché un errore quadratico medio premia il compromesso tra i risultati possibili, ma il DWD trova i suoi campi meno sfumati di quelli di altri modelli deterministici addestrati su ERA5.

Otto emissioni al giorno, quattro nei dati aperti

AICON non legge osservazioni proprie. Ogni emissione parte dall'analisi globale di ICON, la migliore stima dell'atmosfera attuale che il DWD costruisce ogni 3 ore fondendo una breve previsione ICON con le osservazioni più recenti di satelliti, aerei, navi, boe e stazioni meteorologiche, con un metodo ibrido ensemble-variazionale. Questa analisi viene ridotta ai 13 livelli di AICON. AICON e ICON globale avviano quindi ogni emissione dalla stessa analisi.

Gira con lo stesso calendario di ICON: ogni 3 ore, fino a 180 ore per le emissioni delle 00 e delle 12 UTC, 120 ore per quelle delle 06 e delle 18 UTC e 48 ore per le emissioni intermedie, con una previsione ogni 3 ore. Al lancio il ministro ha sottolineato questo ritmo, poiché una previsione ogni 3 ore è due volte più frequente che negli altri modelli globali. Il modello e tutta la sua catena software girano all'interno di un container, una novità assoluta nel sistema di previsione del DWD.

Le quattro emissioni principali, delle 00, 06, 12 e 18 UTC, sono pubblicate in GRIB2 sul server dei dati aperti del DWD, opendata.dwd.de, circa 3 ore dopo la loro ora di partenza, sugli stessi triangoli nativi di ICON globale. Contengono il vento a 10 m, la temperatura e l'umidità a 2 m, la pressione al suolo e al livello del mare, le precipitazioni, e vento, temperatura, umidità e pressione sui 13 livelli. Come tutti i dati aperti del DWD, sono rilasciate con la licenza Creative Commons CC BY 4.0, che consente la ridistribuzione e l'uso commerciale purché il DWD venga citato.

AICON-EU, la versione regionale, gira ogni 3 ore a partire da AICON-Global, fino a 120 ore per le sue emissioni principali, sulla griglia di ICON-EU di circa 6,5 km sull'Europa. Non è presente sul server dei dati aperti, e Saily WR usa solo il modello globale.

Leggerlo in mare

AICON è stato costruito per il tempo vicino alla superficie nei primi giorni, ed è lì che dà il meglio di sé. In un anno di verifica rispetto alle stazioni meteorologiche, ha battuto ICON sulla maggior parte delle variabili di superficie nei primi giorni di previsione, più nettamente in estate che in inverno. Il DWD afferma che, per le variabili vicine alla superficie nei primi tre giorni, è più preciso di tutti gli altri modelli di machine learning che ha testato.

È anche più stabile di ICON da un'emissione all'altra: per velocità del vento, umidità, pressione e pioggia, le sue previsioni successive per lo stesso istante oscillano significativamente meno. Per uno skipper che segue la previsione per diversi giorni prima di una partenza, un modello che non cambia idea di continuo è più facile da usare per pianificare, e con un'immagine ogni 3 ore anziché ogni 6, un fronte che passa tra due passi viene collocato nel tempo con maggiore precisione.

Il suo punto debole è il vento forte. I previsori del DWD hanno constatato che tende a sottostimare le situazioni di vento forte, e in un tifone di categoria 5, Sinlaku nell'aprile 2026, la tempesta di AICON era più debole di quella di ICON, che a sua volta non era profonda quanto quella osservata: i suoi venti sostenuti erano nettamente troppo bassi. Ne ha seguito bene la traiettoria finché il tifone era debole, meno bene una volta che si è intensificato rapidamente. In una burrasca, vicino a un ciclone tropicale o lungo un fronte netto, consideri la sua velocità del vento probabilmente troppo bassa e tenga per buone la tempistica e la posizione.

Più avanti nel tempo perde terreno: oltre circa due giorni prevede la pressione al suolo peggio di ICON, e l'altezza delle sue superfici isobariche in quota è il suo punteggio più debole, per cui la posizione dei grandi sistemi meteorologici verso la fine di un'emissione può meritare meno fiducia del suo vento in superficie nei primi giorni. Oltre tre giorni può anche produrre pioggia spuria attaccata a qualche punto di griglia costiero. E a 13 km non risolve la brezza di mare, l'accelerazione intorno a un capo né i groppi: per la navigazione costiera un modello regionale a maglia fine dice molto di più.

Il suo uso migliore è accanto a ICON. Entrambi partono esattamente dalla stessa analisi, quindi quando divergono la differenza viene solo dai modelli, un segnale netto che la previsione è incerta. Quando AICON, ICON e un modello di un altro centro concordano su una rotta, la fiducia è alta; quando AICON mostra meno vento degli altri in un colpo di vento, molto probabilmente sta smussando un picco che gli altri mantengono netto.

AICON in Saily WR

Saily WR scarica ogni nuova emissione di AICON dai dati aperti del DWD non appena è completa, circa 3 ore dopo la sua ora di partenza, quattro volte al giorno: il vento a 10 m, nelle sue componenti est-ovest e nord-sud, ogni 3 ore, fino a 180 ore per le emissioni delle 00 e delle 12 UTC e 120 ore per quelle delle 06 e delle 18 UTC. Poiché il modello è globale, ogni rotta ha una sua versione AICON, ovunque parta e arrivi.

I file arrivano sui triangoli nativi di ICON, le stesse 2.949.120 celle di circa 13 km di ICON globale. Come fa per ICON globale, l'applicazione li colloca da sé su una griglia regolare di 0,25°, prendendo per ogni punto il valore del triangolo più vicino: nulla viene smussato, ma con un punto ogni 0,25°, circa 28 km in latitudine, si perde parte del dettaglio della griglia di 13 km.

La rotta per isocrone viene navigata con la polare della sua barca in quel vento, interpolato nello spazio tra i punti di griglia e nel tempo tra le scadenze ogni 3 ore, e si ferma alla fine dell'emissione oppure, oltre un'emissione delle 06 o delle 18 UTC, alla fine dell'emissione precedente delle 00 o delle 12 UTC, nella quale prosegue. È disegnata accanto alle rotte degli altri modelli che coprono le stesse acque, tra cui ICON, così una differenza tra le rotte AICON e ICON mostra a colpo d'occhio dove le due previsioni divergono. La corrente e l'aggiramento della terra che sceglie si applicano a essa esattamente come alle altre.

Con vento forte, si aspetti che la rotta AICON sia ottimista su quanto sarà confortevole la traversata. La pagina Dati mostra in tempo reale su quale emissione AICON si trova l'app e fin dove arriva.