AI leert satellieten regenbuien te 'filmen' zoals een radar dat zou doen

In Nederland weet je precies wanneer een regenbui eraan komt. Buienradar checken, klaar. Dat komt doordat we hier grondradars hebben: apparaten op de grond die neerslag heel precies in beeld brengen, van minuut tot minuut. Maar in grote delen van de wereld, vooral in ontwikkelingslanden, bestaat dat netwerk simpelweg niet. Daar moet je het doen met satellietbeelden, en die zijn een stuk minder scherp en gedetailleerd. Een groep onderzoekers heeft nu een slimme AI-methode ontwikkeld die dit gat probeert te dichten.

Satellieten zijn de enige manier om neerslag bijna overal ter wereld te meten. Het probleem is dat ze de bui niet rechtstreeks zien, maar indirect afleiden uit andere signalen, en dat maar op bepaalde momenten doen. Daardoor missen satellietbeelden vaak de fijne details van een bui: hoe hij precies beweegt, hoe lang hij duurt en hoe hij van vorm verandert. Grondradars zien dat allemaal wel, maar die zijn er dus lang niet overal.

Een AI die video's van buien 'bijtekent'

De onderzoekers gebruikten een techniek die lijkt op de AI achter moderne videogeneratoren, een zogeheten video-diffusiemodel. Dat is een computermodel dat leert hoe beelden in de tijd logisch op elkaar volgen, vergelijkbaar met hoe AI tegenwoordig korte filmpjes kan genereren op basis van een tekstopdracht. In dit geval leerde het model niet van tekst, maar van bestaande satellietdata (IMERG heet die dataset) en van gedetailleerde weerinformatie: bijna 40 verschillende metingen van temperatuur, wind, vocht en bodemcondities uit een grote weerdatabase (ERA5).

Door die twee bronnen te combineren, kan het model, dat de onderzoekers HiDFiP noemen, een soort 'ingekleurde film' van een regenbui maken die veel gedetailleerder is dan de ruwe satellietdata. Het systeem is getest boven de Verenigde Staten, een gebied met veel grondradars. Zo konden de onderzoekers de AI-voorspellingen direct vergelijken met echte radarmetingen (uit een dataset die MRMS heet) om te zien hoe goed het model presteert.

Wat de vergelijking laat zien

Uit die vergelijking blijkt dat HiDFiP een stuk beter is dan de gewone satellietdata en dan eenvoudigere AI-technieken die alleen losse plaatjes verbeteren in plaats van hele video's. Het model reconstrueert onder meer beter wanneer en waar een bui precies begint, in welke richting hij trekt, hoe lang hij aanhoudt en hoe zijn vorm verandert gedurende zijn levensduur. Ook als de onderzoekers het model toepasten op een gebied dat het nog niet eerder had gezien, werkte het "redelijk goed", zo melden zij in hun onderzoek.

Wat betekent dit (nog) niet: Dit is één onderzoek, getest op de Verenigde Staten, waar toevallig wel veel grondradars staan om de AI te controleren. Of het model even goed werkt in gebieden met heel ander klimaat, zoals de tropen, is nog niet uitgebreid getoetst. Het gaat ook om een technische, wetenschappelijke stap, geen kant-en-klaar systeem dat morgen wereldwijd wordt ingezet. Concrete foutmarges voor bijvoorbeeld regenhoeveelheden in millimeters worden in de samenvatting niet genoemd, wel dat het model op meerdere gedetailleerde maatstaven beter scoort dan bestaande methoden.

Als deze techniek zich verder bewijst, kan dat vooral gebieden zonder grondradar helpen: denk aan het beter voorspellen van overstromingen of het volgen van moessonregens in delen van Afrika en Azië. Betere neerslagdata is voor boeren, waterbeheerders en rampenbestrijders in die regio's van groot belang.

Bron: Video Diffusion for Satellite-based High-Dynamical-Fidelity Precipitation (HiDFiP) Field Generation