HiRO-ACEv2: Моделирование экстремальных погодных явлений с разрешением 3 км за малую часть стоимости
Мы представляем HiRO-ACEv2 — новейшее обновление нашей системы High Resolution Output Ai2 Climate Emulator (HiRO-ACE). HiROv2 может с высокой точностью воспроизводить даже чрезвычайно редкие события, связанные с дождём, ветром и давлением, а вся система способна генерировать глобальные климатические данные с разрешением 3 км примерно за 1/300 стоимости X-SHiELD — глобальной атмосферной модели высокого разрешения, которая напрямую моделирует штормы и другие погодные явления малого масштаба.
HiRO-ACE, представленная ранее в 2026 году, состоит из двух частей: ACE — модели ИИ, работающей с более грубым разрешением 100 км, и HiRO — модели, которая преобразует эти грубые данные в детализированную информацию с разрешением 3 км. Главное изменение в HiRO-ACEv2 — новая модель даунскейлинга HiROv2, которая теперь может 1) одновременно предсказывать несколько полей высокого разрешения вместо одних только осадков, благодаря чему она охватывает гораздо более широкий спектр экстремальных погодных явлений, и 2) лучше предсказывать экстремальные события.
Основное внимание при создании HiRO-ACEv2 мы уделили качественному моделированию экстремальных событий. Изменения в обучении HiROv2 улучшили её способность воспроизводить наиболее интенсивные значения осадков, ветра и давления. При подаче данных X-SHiELD с пониженным разрешением она воспроизводит высокодетализированную статистику целевой симуляции с точностью до 3% — даже для настолько редких событий, что они происходят лишь в одной из миллиона точек данных. Она также точно оценивает суммарную энергию тропических циклонов, включая штормы, которых не было в обучающей выборке, и генерирует ураганы с реалистичными «глазами» и дождевыми полосами, хотя ветры и давление вокруг глаза остаются несколько более несимметричными, чем в X-SHiELD. Кроме того, HiROv2 реалистично генерирует сильные ветры, стекающие по горным склонам.
Мы также обучили обновлённую версию ACE для этой системы. За 10-летний период моделирования её ураганы, средние климатические закономерности и общие распределения осадков, ветра и давления хорошо соответствуют X-SHiELD. Это говорит о том, что грубые симуляции ACE являются надёжной основой для создания долгосрочных климатических данных высокого разрешения.
Объединив HiROv2 и ACE, мы сгенерировали данные с разрешением 3 км для всего мира за полный год. Их статистика близко соответствует X-SHiELD, хотя HiRO работала с симуляцией, которую ACE провела самостоятельно, а не с реальными данными X-SHiELD. За 10-летний период энергия ураганов HiRO-ACEv2 сопоставима с энергией ураганов X-SHiELD за тот же срок, а снимки этой симуляции демонстрируют множество других экстремальных событий, похожих на события в X-SHiELD.
Пример сильного урагана в Северной Атлантике, сгенерированного в ходе 10-летней симуляции HiRO-ACEv2.
В целом HiRO-ACEv2 предоставляет исследователям гибкий и недорогой способ генерировать множество вариантов данных высокого разрешения об осадках, ветре и давлении для экстремальных событий за периоды в 10 лет и более. Создание глобальных данных высокого разрешения с её помощью обходится примерно в 300 раз дешевле, чем запуск X-SHiELD. Если требуется только один регион, экономия может быть более чем стократной — в зависимости от размера территории. Мы также работаем над оптимизированной версией HiROv2, которая может сделать систему ещё более чем в десять раз быстрее.
Впереди у нас ещё есть работа: поскольку HiRO обучалась на X-SHiELD, она работает только с версией ACE, настроенной на соответствие X-SHiELD. Это означает, что пока она не может создавать данные высокого разрешения для других климатических условий, например для более тёплого будущего или исторических записей в наборах данных вроде ERA5. Далее мы планируем обучить систему на новых наборах данных X-SHiELD, включая симуляцию мира, который на 4 °C теплее, чтобы система могла работать с разными климатами. Мы также планируем добавить такие выходные данные, как температура у поверхности, снег и лёд, что позволит использовать систему для ещё большего числа задач, например для прогнозирования запасов снега.
Визуализация и использование выходных данных HiRO
Смоделированная 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 вставке.
Смоделированный 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; вставка HiRO-ACEv2 с разрешением 3 км демонстрирует более детальную структуру шторма.
Чтобы можно было легко увидеть результаты HiRO без запуска инференса, мы создали веб-демонстрацию, которая показывает предварительно сгенерированные данные об осадках, ветре и давлении на уровне моря от HiROv1 и HiROv2 рядом с данными X-SHiELD — симуляции, на которой они обучались. Демонстрация дополняет количественные сравнения в нашем техническом отчёте: она позволяет быстро визуально оценить результаты и даёт пользователям возможность приблизить интересующий их регион, чтобы оценить работу системы на нём.
Для более глубокого анализа модели доступны для скачивания, а наши учебные ноутбуки пошагово показывают, как их запускать.
Модели, упомянутые в этой статье 1
Сообщество
· Зарегистрируйтесь или войдите, чтобы оставить комментарий
Модели, упомянутые в этой статье 1
Переведено автоматически с английского. Оригинал статьи — по ссылке ниже.