AI 天氣與氣候預測技術正以前所未有的方式為全球科學家、初創(chuàng)公司、開發(fā)者、企業(yè)和政府機構所廣泛應用。

在美國氣象學會年會上，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 (臨近預報模型) 運用基于衛(wèi)星和雷達數據訓練的生成式 AI，預測真實的云系與降雨系統(tǒng)的演變過程，從而掌握風暴的生成與發(fā)展規(guī)律。

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

傳統(tǒng)天氣預報一直依賴于運行基于物理模型的高性能超級計算機。AI 驅動的天氣預報能夠顯著節(jié)省計算時間和成本，使更多國家、氣象企業(yè)和商業(yè)機構能夠運行面向特定應用的預報系統(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設施上運行、微調和部署生產就緒型氣象 AI 模型。

基于NVIDIA Earth-2 Medium Range (中期預報模型) 對不同氣象變量 (總水汽含量、風速及比濕) 的集合預報結果，并與 ERA5 再分析數據進行對比。

這項開創(chuàng)性工作旨在加速天氣預測進程，提升預報精度，促進科研協(xié)作，并深化科學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 進行天氣預測并獲取可操作性洞察。其中包括 AI 氣象工具供應商 Brightband；氣象預報機構The Weather Company 及美國國家氣象局 (NWS) 等； 能源預測與電網運行企業(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商 Jua 與 Metdesk；以及金融風險與情報機構安盛集團 (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 (中期預報模型)，基于全新架構的 Atlas 模型，可實現中期天氣預報（即15天內預報）的高精度預測，涵蓋溫度、氣壓、風速和濕度等 70 余項氣象變量。在行業(yè)標準測試中，其在最常見的預報變量上表現優(yōu)于領先的開放模型。閱讀研究論文了解更多。

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

Earth-2 Global Data Assimilation (全球數據同化模型)，基于全新架構的 HealDA 模型，可生成天氣預測的初始條件——即全球成千上萬個地點當前大氣狀態(tài)的快照，涵蓋溫度、風速、濕度及氣壓等參數。Earth-2 Global Data Assimilation 在 GPU 上數秒內即可生成初始條件，而超級計算機則需數小時。當與 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報預測。

NVIDIA Earth-2 平臺中現有的開放氣象模型有：

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

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

Earth-2 還集成了來自歐洲中期天氣預報中心 (ECMWF)、微軟、谷歌等機構的開放模型。此外，Earth-2 中的模型可通過 NVIDIA PhysicsNeMo 進行訓練和微調，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雜地球觀測數據模式，AI 模型將這些數據轉化為平滑連續(xù)的大氣狀態(tài)估計值，從而為氣象預測提供基礎。

為氣象智能構建的開放生態(tài)系統(tǒng)

精準的天氣預報有助于挽救生命、保護環(huán)境，也是農業(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、氣候科技創(chuàng)新者和企業(yè)已經開始利用各自的本地AI 基礎設施，運行、優(yōu)化并基于這些尖端模型進行開發(fā)拓展，以實現科學突破。

天氣預報

AI 氣象工具供應商 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)布全球實況天氣預報。

Brightband 聯合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Julian Green 表示：“新型 AI 天氣預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)務工作流。

能源預測與電網運行

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

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

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

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

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

財務影響評估

標普全球能源正利用NVIDIA Earth-2 CorrDiff 將氣候數據轉化為本地化風險評估洞察。全球保險巨頭安盛集團（AXA）正借助 FourCastNet 生成數千種假設颶風情景，作為其研發(fā)計劃的重要組成部分，用于模型評估、方法學開發(fā)及現有技術的基準測試。

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)者和科學家提供尖端開放模型、數據及工具。與之相應的，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 AI 的創(chuàng)新提供開放的基礎。

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