Ai2 发布 HiRO-ACEv2：以约 1/300 成本模拟全球 3 km 分辨率极端天气

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我们推出 HiRO-ACEv2，这是我们的高分辨率输出 Ai2 气候模拟器（HiRO-ACE）系统的最新更新。HiROv2 能够高精度地重现甚至极其罕见的降雨、风速和气压事件，而整个系统可以以约 X-SHiELD 成本的 1/300 生成全球 3 公里气候数据，X-SHiELD 是一个显式模拟风暴及其他小尺度天气的高分辨率全球大气模型。

HiRO-ACE 于 2026 年早些时候推出，包含两部分：ACE，一个以较粗的 100 公里分辨率运行的 AI 模型；以及 HiRO，一个将这些粗分辨率输出锐化为 3 公里精细细节的模型。HiRO-ACEv2 最大的变化是新的降尺度模型 HiROv2，它现在可以：1) 一次性预测多个高分辨率场，而不仅仅是降雨，因此能够捕捉更广范围的极端天气；2) 在预测极端事件方面技能有所提升。

我们开发 HiRO-ACEv2 的主要目标是很好地模拟极端事件。对 HiROv2 训练方式的改进提升了它重现最强烈降雨、风速和气压值的能力。当给定粗化的 X-SHiELD 数据时，它匹配目标模拟的高分辨率统计数据的误差在 3% 以内，即使对于每一百万个数据点中只出现一次的极端罕见事件也是如此。它还能准确估计热带气旋的总能量，包括它在训练中从未见过的风暴，并生成具有逼真风眼和雨带结构的飓风，尽管风眼周围的风速和气压仍然比 X-SHiELD 略显不对称。此外，HiROv2 还能逼真地生成沿山坡下泻的强风。

我们还为该系统训练了更新版本的 ACE。在 10 年的模拟中，它的飓风、平均气候模式以及降雨、风速和气压的总体分布都与 X-SHiELD 吻合良好。这告诉我们，ACE 的粗分辨率模拟是生成长期高分辨率气候数据的坚实基础。

将 HiROv2 和 ACE 结合起来，我们生成了一整年的全球 3 公里数据。即使 HiRO 是基于 ACE 自己运行的模拟而非真实的 X-SHiELD 数据进行工作的，其统计数据也与 X-SHiELD 的非常吻合。在 10 年的运行中，HiRO-ACEv2 的飓风能量与同期 X-SHiELD 的相当，并且该运行的快照显示了各种类似于 X-SHiELD 中的其他极端事件。

在 HiRO-ACEv2 的 10 年模拟中生成的北大西洋强飓风示例。

总体而言，HiRO-ACEv2 为研究人员提供了一种灵活而廉价的方式，可为 10 年或更长时间的极端事件生成多个版本的高分辨率降雨、风速和气压数据。用它生成全球高分辨率数据的成本比运行 X-SHiELD 低约 300 倍。如果只需要一个区域，根据区域大小不同，节省的成本可能还要高出一百多倍。我们还在开发 HiROv2 的精简版本，可以使其速度再提升十倍以上。

我们仍有后续工作要做：由于 HiRO 是从 X-SHiELD 学习的，它只能与为匹配 X-SHiELD 而调优的 ACE 版本配合使用。这意味着它尚不能为其他气候生成高分辨率数据，例如更温暖的未来情景或 ERA5 等数据集中的历史记录。接下来，我们计划用新的 X-SHiELD 数据集进行训练，其中包括一个模拟全球变暖 4°C 的数据集，从而使系统能够应对不同的气候。我们还计划添加近地表温度和冰雪等输出，这将带来更多用途，例如积雪预测。

可视化与使用 HiRO 输出

ACE 数据可视化器中下加利福尼亚地区模拟的 10 米风速：主地图为 100 km 分辨率的 ACE2，插图为 3 km 的 HiRO-ACEv2。

ACE 数据可视化器中东北太平洋上的一场模拟风暴。主地图显示 100 km 分辨率的 10 米风速；3 km 的 HiRO-ACEv2 插图显示了风暴内部更精细的结构。

为了让大家无需运行任何推理就能轻松查看 HiRO 的产出，我们构建了一个网页演示，将 HiROv1 和 HiROv2 预生成的降水、风速和海平面气压输出与其训练所用的模拟 X-SHiELD 并排展示。该演示是对我们技术报告中定量比较的补充：它提供了对输出效果的快速视觉检查，并允许用户放大自己感兴趣的区域来评估那里的表现。

如需更深入的分析，这些模型可供下载，我们的教程笔记本详细介绍了如何运行它们。