AI 天氣與氣候預(yù)測技術(shù)正以前所未有的方式為全球科學(xué)家、初創(chuàng)公司、開發(fā)者、企業(yè)和政府機構(gòu)所廣泛應(yīng)用。

在美國氣象學(xué)會年會上，NVIDIA 發(fā)布了全新的 NVIDIA Earth-2 開放模型家族，這是一組專為天氣與氣候 AI 打造的庫及框架系列，是全球首個完全開放、加速的氣象 AI 軟件堆棧。

NVIDIA Earth-2 Nowcasting (臨近預(yù)報模型) 運用基于衛(wèi)星和雷達數(shù)據(jù)訓(xùn)練的生成式 AI，預(yù)測真實的云系與降雨系統(tǒng)的演變過程，從而掌握風(fēng)暴的生成與發(fā)展規(guī)律。

這些開放技術(shù)——包括預(yù)訓(xùn)練模型、框架、定制化方案和推理庫——可加速從處理初始觀測數(shù)據(jù)到生成 15 天全球預(yù)報或局地強對流天氣預(yù)報的整個預(yù)報流程。

傳統(tǒng)天氣預(yù)報一直依賴于運行基于物理模型的高性能超級計算機。AI 驅(qū)動的天氣預(yù)報能夠顯著節(jié)省計算時間和成本，使更多國家、氣象企業(yè)和商業(yè)機構(gòu)能夠運行面向特定應(yīng)用的預(yù)報系統(tǒng)。

NVIDIA Earth-2 作為首個開放、加速的模型與工具集，使開發(fā)人員具備了整合分散的天氣與氣候 AI 能力，從而使得各組織能夠在其自有基礎(chǔ)設(shè)施上運行、微調(diào)和部署生產(chǎn)就緒型氣象 AI 模型。

基于NVIDIA Earth-2 Medium Range (中期預(yù)報模型) 對不同氣象變量 (總水汽含量、風(fēng)速及比濕) 的集合預(yù)報結(jié)果，并與 ERA5 再分析數(shù)據(jù)進行對比。

這項開創(chuàng)性工作旨在加速天氣預(yù)測進程，提升預(yù)報精度，促進科研協(xié)作，并深化科學(xué)家對地球大氣狀況的整體認知。

來自各行各業(yè)的開發(fā)者正借助Earth-2 進行天氣預(yù)測并獲取可操作性洞察。其中包括 AI 氣象工具供應(yīng)商 Brightband；氣象預(yù)報機構(gòu)The Weather Company 及美國國家氣象局 (NWS) 等； 能源預(yù)測與電網(wǎng)運行企業(yè)道達爾能源、埃尼、協(xié)鑫集團以及與日立合作的西南電力池 (SPP)；能源交易解決方案供應(yīng)商 Jua 與 Metdesk；以及金融風(fēng)險與情報機構(gòu)安盛集團 (AXA)、JBA Risk Management (The Flood People) 和標普全球能源。

全新開放模型加入Earth-2 家族

此次發(fā)布的全新Earth-2 開放氣象模型包括：

Earth-2 Medium Range (中期預(yù)報模型)，基于全新架構(gòu)的 Atlas 模型，可實現(xiàn)中期天氣預(yù)報（即15天內(nèi)預(yù)報）的高精度預(yù)測，涵蓋溫度、氣壓、風(fēng)速和濕度等 70 余項氣象變量。在行業(yè)標準測試中，其在最常見的預(yù)報變量上表現(xiàn)優(yōu)于領(lǐng)先的開放模型。閱讀研究論文了解更多。

Earth-2 Nowcasting (臨近預(yù)報模型)，基于全新架構(gòu)的 StormScope 模型，采用生成式 AI 技術(shù)，能在數(shù)分鐘內(nèi)將國家尺度預(yù)報轉(zhuǎn)化為公里級分辨率的零至六小時局地風(fēng)暴及災(zāi)害性天氣預(yù)測。該系統(tǒng)通過直接模擬風(fēng)暴動力學(xué)，首次在短期降水預(yù)報領(lǐng)域超越傳統(tǒng)基于物理的氣象預(yù)測模型，并利用 AI 直接預(yù)測衛(wèi)星與雷達影像。閱讀研究論文了解更多。

Earth-2 Global Data Assimilation (全球數(shù)據(jù)同化模型)，基于全新架構(gòu)的 HealDA 模型，可生成天氣預(yù)測的初始條件——即全球成千上萬個地點當(dāng)前大氣狀態(tài)的快照，涵蓋溫度、風(fēng)速、濕度及氣壓等參數(shù)。Earth-2 Global Data Assimilation 在 GPU 上數(shù)秒內(nèi)即可生成初始條件，而超級計算機則需數(shù)小時。當(dāng)與 Earth-2 Medium Range 配合使用時，該系統(tǒng)可通過開放式全 AI 工作流生成最精準的預(yù)報預(yù)測。

NVIDIA Earth-2 平臺中現(xiàn)有的開放氣象模型有：

Earth-2 CorrDiff，基于生成式AI 架構(gòu)的 CorrDiff 模型，將粗分辨率的大陸尺度預(yù)測結(jié)果降尺度為高分辨率的區(qū)域尺度天氣場，為本地預(yù)報提供所需的精細分辨率，比傳統(tǒng)方法快 500 倍。

Earth-2 FourCastNet3，在風(fēng)速、溫度、濕度等多項氣象變量預(yù)測中展現(xiàn)出卓越精度，不僅超越主流傳統(tǒng)集合預(yù)報模型，更可與頂尖的基于擴散的方法比肩，同時其預(yù)報生成速度比其它AI 方法快 60 倍。

Earth-2 還集成了來自歐洲中期天氣預(yù)報中心 (ECMWF)、微軟、谷歌等機構(gòu)的開放模型。此外，Earth-2 中的模型可通過 NVIDIA PhysicsNeMo 進行訓(xùn)練和微調(diào)，PhysicsNeMo 是一個開源 Python 框架，專為大規(guī)模開發(fā) AI 物理模型而設(shè)計。

NVIDIA Earth-2 Global Data Assimilation 展示了來自衛(wèi)星、氣象氣球和氣象站的復(fù)雜地球觀測數(shù)據(jù)模式，AI 模型將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為平滑連續(xù)的大氣狀態(tài)估計值，從而為氣象預(yù)測提供基礎(chǔ)。

為氣象智能構(gòu)建的開放生態(tài)系統(tǒng)

精準的天氣預(yù)報有助于挽救生命、保護環(huán)境，也是農(nóng)業(yè)、能源、公共衛(wèi)生和其他行業(yè)決策的重要基石。

研究人員、氣象機構(gòu)、氣候科技創(chuàng)新者和企業(yè)已經(jīng)開始利用各自的本地AI 基礎(chǔ)設(shè)施，運行、優(yōu)化并基于這些尖端模型進行開發(fā)拓展，以實現(xiàn)科學(xué)突破。

天氣預(yù)報

AI 氣象工具供應(yīng)商 Brightband 作為 NVIDIA 初創(chuàng)加速計劃“可持續(xù)未來”倡議 (Sustainable Futures initiative) 的成員，正運行 Earth-2 Medium Range，每日發(fā)布全球?qū)崨r天氣預(yù)報。

Brightband 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Julian Green 表示：“新型 AI 天氣預(yù)報工具的革命令人振奮，NVIDIA Earth-2 Medium Range 這類新模型的推出，在推動這場革命持續(xù)深化。Brightband 是首批將 Earth-2 Medium Range 投入實際應(yīng)用的企業(yè)之一，該模型的開源特性加速了創(chuàng)新進程，使氣象行業(yè)的其他成員更容易進行比較和改進。”

The Weather Company 正在評估 Earth-2 Nowcasting 在局部極端天氣應(yīng)用中的可行性，而美國國家氣象局則在評估新型氣象模型以優(yōu)化其業(yè)務(wù)工作流。

能源預(yù)測與電網(wǎng)運行

道達爾能源正在評估Earth-2 Nowcasting，以提升短期風(fēng)險意識和決策能力。

“NVIDIA Earth-2 標志著先進氣象智能大規(guī)模應(yīng)用化進程取得重大突破?！钡肋_爾能源公司氣候與天氣預(yù)報產(chǎn)品經(jīng)理 Emmanuel Le Borgne 表示，“Earth-2 Nowcasting 這樣的模型對我們的業(yè)務(wù)具有開創(chuàng)性意義，因為它們提升了能源系統(tǒng)中對短期風(fēng)險的感知和決策能力——在能源領(lǐng)域，每分鐘的差異和局部影響都至關(guān)重要。”

埃尼公司正對Earth-2 中的模型 (包括 FourCastNet 和 CorrDiff) 進行密集測試，旨在實現(xiàn)對預(yù)測結(jié)果進行半業(yè)務(wù)化降尺度，從而提前數(shù)周生成高分辨率的概率性天氣與天然氣需求預(yù)測。

協(xié)鑫集團作為中國最大的太陽能材料生產(chǎn)商之一及全球能源綜合運營服務(wù)商，正在其光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)業(yè)務(wù)中運行NVIDIA Earth-2 模型。與傳統(tǒng)數(shù)值天氣預(yù)報相比，Earth-2 以更低成本提供更精準的預(yù)測數(shù)據(jù)，顯著提升了協(xié)鑫光伏發(fā)電功率預(yù)測的準確性。

西南電力池(SPP) 正與日立合作，運用 Earth-2 Nowcasting 和 FourCastNet3 提升日內(nèi)及日前風(fēng)電預(yù)測精度。此舉旨在支持 SPP 的承諾——增強電網(wǎng)可靠性，并在其服務(wù)范圍內(nèi)推動更明智的運營決策。

財務(wù)影響評估

標普全球能源正利用NVIDIA Earth-2 CorrDiff 將氣候數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為本地化風(fēng)險評估洞察。全球保險巨頭安盛集團（AXA）正借助 FourCastNet 生成數(shù)千種假設(shè)颶風(fēng)情景，作為其研發(fā)計劃的重要組成部分，用于模型評估、方法學(xué)開發(fā)及現(xiàn)有技術(shù)的基準測試。

開始使用NVIDIA Earth-2

通過Earth-2 平臺， NVIDIA 正為從事氣象 AI 創(chuàng)新的開發(fā)者和科學(xué)家提供尖端開放模型、數(shù)據(jù)及工具。與之相應(yīng)的，NVIDIA Nemotron、NVIDIA Cosmos、NVIDIA Isaac GR00T、NVIDIA Alpamayo 和 NVIDIA Clara 等模型也正在為代理式 AI、物理 AI、人形機器人、輔助駕駛汽車、生物醫(yī)學(xué) AI 的創(chuàng)新提供開放的基礎(chǔ)。

Earth-2 Medium Range 與 Nowcasting 現(xiàn)已通過 NVIDIA Earth2Studio、Hugging Face 和 GitHub 開放獲取。Earth-2 Global Data Assimilation 預(yù)計將于今年晚些時候正式發(fā)布。