NVIDIA Earth-2 讓氣象 AI 在全球范圍內(nèi)、在天氣預(yù)報(bào)的每個(gè)階段都觸手可及——從處理初始觀測(cè)數(shù)據(jù)到生成 15 天全球預(yù)報(bào)或局地強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)。

AI 天氣與氣候預(yù)測(cè)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(kāi)發(fā)者、企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)所廣泛應(yīng)用。

在美國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)上，NVIDIA 發(fā)布了全新的 NVIDIA Earth-2 開(kāi)放模型家族，這是一組專為天氣與氣候 AI 打造的庫(kù)及框架系列，是全球首個(gè)完全開(kāi)放、加速的氣象 AI 軟件堆棧。

NVIDIA Earth-2 Nowcasting (臨近預(yù)報(bào)模型) 運(yùn)用基于衛(wèi)星和雷達(dá)數(shù)據(jù)訓(xùn)練的生成式 AI，預(yù)測(cè)真實(shí)的云系與降雨系統(tǒng)的演變過(guò)程，從而掌握風(fēng)暴的生成與發(fā)展規(guī)律。

這些開(kāi)放技術(shù)——包括預(yù)訓(xùn)練模型、框架、定制化方案和推理庫(kù)——可加速?gòu)奶幚沓跏加^測(cè)數(shù)據(jù)到生成 15 天全球預(yù)報(bào)或局地強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的整個(gè)預(yù)報(bào)流程。

傳統(tǒng)天氣預(yù)報(bào)一直依賴于運(yùn)行基于物理模型的高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)。AI 驅(qū)動(dòng)的天氣預(yù)報(bào)能夠顯著節(jié)省計(jì)算時(shí)間和成本，使更多國(guó)家、氣象企業(yè)和商業(yè)機(jī)構(gòu)能夠運(yùn)行面向特定應(yīng)用的預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

NVIDIA Earth-2 作為首個(gè)開(kāi)放、加速的模型與工具集，使開(kāi)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(yùn)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(bào)模型) 對(duì)不同氣象變量 (總水汽含量、風(fēng)速及比濕) 的集合預(yù)報(bào)結(jié)果，并與 ERA5 再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性工作旨在加速天氣預(yù)測(cè)進(jìn)程，提升預(yù)報(bào)精度，促進(jìn)科研協(xié)作，并深化科學(xué)家對(duì)地球大氣狀況的整體認(rèn)知。

來(lái)自各行各業(yè)的開(kāi)發(fā)者正借助 Earth-2 進(jìn)行天氣預(yù)測(cè)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(bào)機(jī)構(gòu)The Weather Company 及美國(guó)國(guó)家氣象局 (NWS) 等; 能源預(yù)測(cè)與電網(wǎng)運(yùn)行企業(yè)道達(dá)爾能源、埃尼、協(xié)鑫集團(tuán)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(xiǎn)與情報(bào)機(jī)構(gòu)安盛集團(tuán) (AXA)、JBA Risk Management (The Flood People) 和標(biāo)普全球能源。

全新開(kāi)放模型加入Earth-2 家族

此次發(fā)布的全新 Earth-2 開(kāi)放氣象模型包括：

Earth-2 Medium Range (中期預(yù)報(bào)模型)，基于全新架構(gòu)的 Atlas 模型，可實(shí)現(xiàn)中期天氣預(yù)報(bào) (即15天內(nèi)預(yù)報(bào)) 的高精度預(yù)測(cè)，涵蓋溫度、氣壓、風(fēng)速和濕度等 70 余項(xiàng)氣象變量。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試中，其在最常見(jiàn)的預(yù)報(bào)變量上表現(xiàn)優(yōu)于領(lǐng)先的開(kāi)放模型。

Earth-2 Nowcasting (臨近預(yù)報(bào)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(guó)家尺度預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)化為公里級(jí)分辨率的零至六小時(shí)局地風(fēng)暴及災(zāi)害性天氣預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)通過(guò)直接模擬風(fēng)暴動(dòng)力學(xué)，首次在短期降水預(yù)報(bào)領(lǐng)域超越傳統(tǒng)基于物理的氣象預(yù)測(cè)模型，并利用 AI 直接預(yù)測(cè)衛(wèi)星與雷達(dá)影像。

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(cè)的初始條件——即全球成千上萬(wàn)個(gè)地點(diǎn)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(jí)計(jì)算機(jī)則需數(shù)小時(shí)。當(dāng)與 Earth-2 Medium Range 配合使用時(shí)，該系統(tǒng)可通過(guò)開(kāi)放式全 AI 工作流生成最精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)。

NVIDIA Earth-2 平臺(tái)中現(xiàn)有的開(kāi)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(cè)結(jié)果降尺度為高分辨率的區(qū)域尺度天氣場(chǎng)，為本地預(yù)報(bào)提供所需的精細(xì)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(xiàng)氣象變量預(yù)測(cè)中展現(xiàn)出卓越精度，不僅超越主流傳統(tǒng)集合預(yù)報(bào)模型，更可與頂尖的基于擴(kuò)散的方法比肩，同時(shí)其預(yù)報(bào)生成速度比其它 AI 方法快 60 倍。

Earth-2 還集成了來(lái)自歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心 (ECMWF)、微軟、谷歌等機(jī)構(gòu)的開(kāi)放模型。此外，Earth-2 中的模型可通過(guò) NVIDIA PhysicsNeMo 進(jìn)行訓(xùn)練和微調(diào)，PhysicsNeMo 是一個(gè)開(kāi)源 Python 框架，專為大規(guī)模開(kāi)發(fā) AI 物理模型而設(shè)計(jì)。NVIDIA Earth-2 Global Data Assimilation 展示了來(lái)自衛(wèi)星、氣象氣球和氣象站的復(fù)雜地球觀測(cè)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(jì)值，從而為氣象預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)。

為氣象智能構(gòu)建的開(kāi)放生態(tài)系統(tǒng)

精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)有助于挽救生命、保護(hù)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(jī)構(gòu)、氣候科技創(chuàng)新者和企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始利用各自的本地 AI 基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)行、優(yōu)化并基于這些尖端模型進(jìn)行開(kāi)發(fā)拓展，以實(shí)現(xiàn)科學(xué)突破。

天氣預(yù)報(bào)

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

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(bào)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(dòng)這場(chǎng)革命持續(xù)深化。Brightband 是首批將 Earth-2 Medium Range 投入實(shí)際應(yīng)用的企業(yè)之一，該模型的開(kāi)源特性加速了創(chuàng)新進(jìn)程，使氣象行業(yè)的其他成員更容易進(jìn)行比較和改進(jìn)。”

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

能源預(yù)測(cè)與電網(wǎng)運(yùn)行

道達(dá)爾能源正在評(píng)估 Earth-2 Nowcasting，以提升短期風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)和決策能力。

“NVIDIA Earth-2 標(biāo)志著先進(jìn)氣象智能大規(guī)模應(yīng)用化進(jìn)程取得重大突破。”道達(dá)爾能源公司氣候與天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品經(jīng)理 Emmanuel Le Borgne 表示，“Earth-2 Nowcasting 這樣的模型對(duì)我們的業(yè)務(wù)具有開(kāi)創(chuàng)性意義，因?yàn)樗鼈兲嵘四茉聪到y(tǒng)中對(duì)短期風(fēng)險(xiǎn)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(duì) Earth-2 中的模型 (包括 FourCastNet 和 CorrDiff) 進(jìn)行密集測(cè)試，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)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(cè)。

協(xié)鑫集團(tuán)作為中國(guó)最大的太陽(yáng)能材料生產(chǎn)商之一及全球能源綜合運(yùn)營(yíng)服務(wù)商，正在其光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)中運(yùn)行 NVIDIA Earth-2 模型。與傳統(tǒng)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)相比，Earth-2 以更低成本提供更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，顯著提升了協(xié)鑫光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

西南電力池 (SPP) 正與日立合作，運(yùn)用 Earth-2 Nowcasting 和 FourCastNet3 提升日內(nèi)及日前風(fēng)電預(yù)測(cè)精度。此舉旨在支持 SPP 的承諾——增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性，并在其服務(wù)范圍內(nèi)推動(dòng)更明智的運(yùn)營(yíng)決策。

財(cái)務(wù)影響評(píng)估

標(biāo)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(xiǎn)評(píng)估洞察。全球保險(xiǎn)巨頭安盛集團(tuán) (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(jì)劃的重要組成部分，用于模型評(píng)估、方法學(xué)開(kāi)發(fā)及現(xiàn)有技術(shù)的基準(zhǔn)測(cè)試。

開(kāi)始使用 NVIDIA Earth-2

通過(guò) Earth-2 平臺(tái)， NVIDIA 正為從事氣象 AI 創(chuàng)新的開(kāi)發(fā)者和科學(xué)家提供尖端開(kāi)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(jī)器人、輔助駕駛汽車、生物醫(yī)學(xué) AI 的創(chuàng)新提供開(kāi)放的基礎(chǔ)。

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