HiRO-ACEv2以约三百分之一成本模拟全球3公里极端天气

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我们推出 HiRO-ACEv2，即高分辨率输出 Ai2 气候模拟器（HiRO-ACE）系统的最新更新。HiROv2 能够高精度地再现极为罕见的降雨、风和气压事件，而完整系统生成全球 3 公里气候数据的成本约为 X-SHiELD 的 1/300。X-SHiELD 是一种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。

HiRO-ACE 于 2026 年早些时候推出，由两部分组成：ACE 是在较粗的 100 公里分辨率上运行的 AI 模型，HiRO 则将这些粗分辨率输出锐化为精细的 3 公里细节。HiRO-ACEv2 最大的变化是新的降尺度模型 HiROv2，它现在可以：1）同时预测多个高分辨率场，而不只是降雨，从而捕捉范围更广的极端天气；2）提升预测极端事件的能力。

我们开发 HiRO-ACEv2 的主要目标是很好地模拟极端事件。训练方式的改变提升了 HiROv2 再现最强降雨、风和气压数值的能力。在给定粗化后的 X-SHiELD 数据时，即使对于百万个数据点中仅出现一次的事件，它与目标模拟的高分辨率统计量的吻合程度也在 3% 以内。它还能准确估计热带气旋的总能量，包括训练期间从未见过的风暴，并生成具有逼真风眼和雨带的飓风，不过风眼周围的风和气压仍比 X-SHiELD 中略为不对称。此外，HiROv2 还能真实地生成沿山坡下泄的强风。

我们还为该系统训练了更新版的 ACE。在为期 10 年的模拟中，其飓风、平均气候型以及降雨、风和气压的总体分布都与 X-SHiELD 吻合良好。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 与 ACE 结合起来，我们生成了整整一年的全球 3 公里数据。其统计结果与 X-SHiELD 非常接近，尽管 HiRO 依据的是 ACE 自行运行的模拟，而不是真实的 X-SHiELD 数据。在 10 年运行中，HiRO-ACEv2 飓风的能量与同期 X-SHiELD 的相当，该运行的快照还呈现出多种其他极端事件，与 X-SHiELD 中的情形相似。

在 10 年 HiRO-ACEv2 模拟期间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且低成本的方式，可针对 10 年或更长时间的极端事件生成多种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大约比运行 X-SHiELD 低 300 倍。如果只需要某一区域，节省幅度可以再大一百倍以上，具体取决于区域大小。我们还在开发 HiROv2 的精简版本，有望使其速度再提高十倍以上。

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，例如更暖的未来，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，其中包括一个模拟全球升温 4°C 的数据集，以便系统能够处理不同气候。我们还计划增加近地表温度以及冰雪等输出，从而支持更多用途，例如积雪预测。

可视化并使用 HiRO 输出

ACE 数据可视化工具中模拟的下加利福尼亚上空 10 m 风速：主地图为 100 km 分辨率的 ACE2，插图为 3 km 的 HiRO-ACEv2。

ACE 数据可视化工具中东北太平洋上空的一场模拟风暴。主地图显示 100 km 分辨率的 10 m 风速；3 km 的 HiRO-ACEv2 插图展示风暴内部更精细的结构。

为了让人们无需运行任何推理就能轻松查看 HiRO 的生成结果，我们构建了一个 网页演示，将 HiROv1 和 HiROv2 预先生成的降水、风和海平面气压输出与它们所训练的模拟 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以评估当地表现。

如需更深入的分析，这些模型可供 下载，我们的 教程笔记本 会逐步说明如何运行它们。