🤗 Модели | 📄 Paper | 📓 Учебные блокноты | 🌎 Demo
Мы представляем HiRO-ACEv2, новейшее обновление нашей системы High Resolution Output Ai2 Climate Emulator (HiRO-ACE). HiROv2 способна с высокой точностью воспроизводить даже крайне редкие явления, связанные с дождями, ветром и давлением, в то время как вся система в целом может генерировать глобальные климатические данные с разрешением 3 км примерно в 300 раз дешевле, чем X-SHiELD — высокоразрешающая глобальная атмосферная модель, которая явно моделирует штормы и другие мелкомасштабные погодные явления.
HiRO-ACE, introduced earlier in 2026, состоит из двух частей: ACE, ИИ-модели, работающей с более грубым разрешением 100 км, и HiRO, модели, которая детализирует эти грубые выходные данные до высокого разрешения 3 км. Самое главное изменение в HiRO-ACEv2 заключается в новой модели детализации HiROv2, которая теперь 1) может предсказывать несколько полей высокого разрешения одновременно вместо одного лишь осадков, благодаря чему она способна охватывать гораздо более широкий спектр экстремальных погодных условий, и 2) обладает улучшенными навыками прогнозирования экстремальных явлений.
Нашей главной задачей при разработке HiRO-ACEv2 было качественное моделирование экстремальных явлений. Изменения в методах обучения HiROv2 повысили ее способность воспроизводить наиболее интенсивные значения осадков, ветра и давления. При подаче укрупненных данных X-SHiELD она соответствует статистике высокого разрешения целевой модели с погрешностью в пределах 3% даже для настолько редких событий, которые происходят лишь один раз на миллион точек данных. Она также точно оценивает общую энергию тропических циклонов, включая штормы, которые она никогда не видела во время обучения, и генерирует ураганы с реалистичными глазами и дождевыми полосами, хотя ветер и давление вокруг глаза остаются несколько более асимметричными, чем в X-SHiELD. Кроме того, HiROv2 реалистично генерирует сильные ветры, дующие вниз по горным склонам.
Для этой системы мы также обучили обновленную версию ACE. За 10-летний период моделирования ее ураганы, средние климатические закономерности и общие распределения осадков, ветра и давления хорошо согласуются с данными X-SHiELD. Это говорит о том, что грубые симуляции ACE служат надежной основой для получения долгосрочных климатических данных высокого разрешения.
Объединив HiROv2 и ACE, мы сгенерировали полный год глобальных данных с разрешением 3 км. Их статистика тесно совпадает с X-SHiELD, несмотря на то что HiRO работала на основе симуляции, запущенной ACE самостоятельно, а не на реальных данных X-SHiELD. На протяжении 10-летнего прогона энергия ураганов HiRO-ACEv2 сопоставима с энергией X-SHiELD за тот же период, а снимки этого прогона демонстрируют множество других экстремальных явлений, напоминающих таковые в X-SHiELD.
Пример мощного урагана в Северной Атлантике, сгенерированного в ходе 10-летнего моделирования HiRO-ACEv2.
В целом HiRO-ACEv2 предлагает исследователям гибкий и недорогой способ генерации множества версий высокоразрешающих данных об осадках, ветре и давлении для экстремальных явлений за 10 и более лет. Создание с ее помощью глобальных данных высокого разрешения обходится примерно в 300 раз дешевле, чем запуск X-SHiELD. Если требуется только один регион, экономия может превышать сто раз в зависимости от размера площади. Мы также работаем над упрощенной версией HiROv2, которая может сделать ее еще более чем в десять раз быстрее.
У нас еще много работы в будущем: поскольку HiRO обучалась на данных X-SHiELD, она работает только с той версией ACE, которая настроена под X-SHiELD. Это означает, что она пока не может производить данные высокого разрешения для других климатических условий, таких как более теплое будущее или исторические записи из наборов данных вроде ERA5. Далее мы планируем провести обучение на новых наборах данных X-SHiELD, включая симуляцию мира на 4°C теплее, чтобы система могла работать с различными климатическими условиями. Мы также планируем добавить такие выходные данные, как приземная температура, а также снег и лед, что позволит расширить сферы применения, например, для прогнозирования снежного покрова.
Визуализация и использование выходных данных HiRO
Моделируемая скорость ветра на высоте 10 м над Нижней Калифорнией в визуализаторе данных ACE: ACE2 с разрешением 100 км на основной карте и HiRO-ACEv2 с разрешением 3 км на врезке.
Моделируемый шторм над северо-восточной частью Тихого океана в визуализаторе данных ACE. На основной карте показана скорость ветра на высоте 10 м с разрешением 100 км; на врезке HiRO-ACEv2 с разрешением 3 км видна более мелкомасштабная структура шторма.
Чтобы было легко увидеть результаты работы HiRO без запуска инференса, мы создали веб-демонстрацию, которая показывает сгенерированные заранее осадки, ветер и давление на уровне моря от HiROv1 и HiROv2 бок о бок с X-SHiELD — симуляцией, на которой они обучались. Демонстрация дополняет количественные сравнения в нашем техническом отчете: она предлагает быструю визуальную проверку того, как выглядят результаты, и позволяет пользователям приблизить интересующий их регион, чтобы оценить производительность там.
Для более глубокого анализа модели доступны для загрузки, а наши учебные блокноты содержат пошаговые инструкции по их запуску.
