Ai2 发布 HiRO-ACEv2：以约 1/300 成本生成全球 3 km 极端天气数据

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我们推出 HiRO-ACEv2，这是我们高分辨率输出 Ai2 气候模拟器（HiRO-ACE）系统的最新更新。HiROv2 能够高精度地重现极其罕见的降雨、风和气压事件，而整个系统能够以约 X-SHiELD 三百分之一的成本生成全球 3 公里气候数据；X-SHiELD 是一个高分辨率全球大气模型，可显式模拟风暴及其他小尺度天气。

于 2026 年早些时候推出的 HiRO-ACE 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精化为 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，它现在能够 1) 同时预测多个高分辨率场，而不仅仅是降雨，因此可以捕捉范围广得多的极端天气；2) 在预测极端事件方面的能力有所提升。

HiRO-ACEv2 的主要关注点是很好地模拟极端事件。我们对 HiROv2 训练方式的改动提升了它重现最强降雨、风和气压值的能力。当输入粗化的 X-SHiELD 数据时，它能把目标模拟的高分辨率统计量匹配到 3% 以内，即使对于百万个数据点中才出现一次的极罕见事件也是如此。它还能准确估计热带气旋的总能量，包括训练中从未见过的风暴，并生成具有逼真风眼和雨带飓风，尽管风眼周围的风和气压仍比 X-SHiELD 中略显不对称。此外，HiROv2 能逼真地生成沿山坡下泄的强风。

我们还为该系统的 ACE 训练了一个更新版本。在为期 10 年的模拟中，其飓风、平均气候模式以及降雨、风和气压的总体分布都与 X-SHiELD 高度吻合。这表明 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，我们生成了整整一年的全球 3 公里数据。其统计量与 X-SHiELD 高度吻合，尽管 HiRO 是基于 ACE 自行运行的模拟而非真实的 X-SHiELD 数据工作的。在 10 年运行中，HiRO-ACEv2 的飓风能量与同期 X-SHiELD 相当，该运行中的快照还显示出多种其他极端事件，与 X-SHiELD 中的类似。

北大西洋一个强飓风的示例，生成于 10 年 HiRO-ACEv2 模拟期间。

总体而言，HiRO-ACEv2 为研究人员提供了一种灵活且低成本的方式，可为 10 年或更长时间内的极端事件生成多个版本的高分辨率降雨、风和气压数据。用它生成全球高分辨率数据的成本约为运行 X-SHiELD 的三百分之一。如果只需要一个区域，节省的成本可超过一百倍，具体取决于区域大小。我们还在开发一个精简版 HiROv2，有望使其速度再提升十倍以上。

我们前方仍有未来的工作要做：因为 HiRO 是从 X-SHiELD 学习的，所以它只能与为匹配 X-SHiELD 而调校的 ACE 版本配合使用。这意味着它目前还无法为其他气候生成高分辨率数据，例如更温暖的未来气候，或 ERA5 等数据集中的历史记录。接下来，我们计划在新的 X-SHiELD 数据集上训练，其中包括一个模拟升温 4°C 世界的数据集，以便该系统能够处理不同的气候。我们还计划增加近地表温度以及雪和冰等输出，这将带来更多用途，例如积雪预测。

可视化并使用 HiRO 输出

ACE 数据可视化器中下加利福尼亚上空模拟的 10 米风速：主地图上为 100 公里分辨率的 ACE2，插图中为 3 公里分辨率的 HiRO-ACEv2。

ACE 数据可视化器中东北太平洋上空模拟的风暴。主地图显示 100 公里分辨率的 10 米风速；3 公里分辨率的 HiRO-ACEv2 插图显示了风暴内部更精细的结构。

为了让用户无需运行任何推理就能轻松查看 HiRO 生成的内容，我们构建了一个网页演示，将 HiROv1 和 HiROv2 预生成的降水、风和海平面气压输出与它们训练所基于的模拟 X-SHiELD 并排展示。该演示补充了我们技术报告中的定量比较：它提供了对输出外观的快速视觉检查，并让用户放大自己感兴趣的区域以判断该处的性能。

如需更深入的分析，这些模型可供下载，我们的教程 notebook 会逐步介绍如何运行它们。