智東西（公眾號：zhidxcom）
作者 | ZeR0
編輯 | 漠影
智東西1月30日報道，本周，英偉達(dá)針對天氣預(yù)報放出AI大招，在美國氣象學(xué)會年會上公布一套“天氣和氣象AI全家桶”，包括全新NVIDIA Earth-2系列開放模型、庫和框架，提供了全球第一個完全開放、加速的氣象AI軟件棧。
這些開放技術(shù)包括預(yù)訓(xùn)練模型、框架、定制方案和推理庫，加速了所有預(yù)測階段，從處理初始觀測數(shù)據(jù)到生成15天全球預(yù)報或局部強(qiáng)對流天氣預(yù)報。
通過NVIDIA Earth-2，英偉達(dá)想把“天氣預(yù)報”這件事從少數(shù)的超級計算機(jī)特權(quán)，變成更多機(jī)構(gòu)都能跑得起、改得動、部署得了的工程能力。
以前，天氣預(yù)報長期依賴于運行基于物理模型的大型超級計算機(jī)。AI驅(qū)動的天氣預(yù)報，則可以節(jié)省大量的計算時間和成本，讓更多國家、氣象機(jī)構(gòu)和企業(yè)能夠運行針對特定應(yīng)用場景的預(yù)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)者能將分散的天氣和氣象AI功能整合在一起，讓各組織能在其自家基礎(chǔ)設(shè)施上運行、微調(diào)和部署生產(chǎn)就緒型氣象AI模型。
這項開創(chuàng)性的工作，有助于加快天氣預(yù)報速度，提高預(yù)報準(zhǔn)確性，促進(jìn)科研協(xié)作，并增進(jìn)科學(xué)家對地球大氣狀況的整體了解。
一、從15天預(yù)報到臨近預(yù)報，Earth-2都包辦了
英偉達(dá)公布的全新Earth-2開放天氣模型包括：
（1）15天中期天氣預(yù)報：Earth-2 Medium Range（Atlas）
Earth-2 Medium Range中期預(yù)報模型采用基于全新架構(gòu)的Atlas模型，能夠?qū)?span style="color: #0f59a4;">70多個氣象變量（比如溫度、氣壓、風(fēng)、濕度等）進(jìn)行15天內(nèi)的高精度預(yù)測。
在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試中，該模型在業(yè)內(nèi)最常用的預(yù)報變量上均優(yōu)于領(lǐng)先的開放模型。
（2）0到6小時臨近預(yù)報：Earth-2 Nowcasting（StormScope）
Earth-2 Nowcasting采用基于全新架構(gòu)的StormScope模型，利用基于衛(wèi)星和雷達(dá)數(shù)據(jù)訓(xùn)練的生成式AI技術(shù)來預(yù)測真實云層和降雨系統(tǒng)的演變，短短幾分鐘即可將國家尺度的預(yù)報轉(zhuǎn)化為公里級分辨率、0至6小時的局部風(fēng)暴和惡劣天氣預(yù)報。
該模型是首個通過直接模擬風(fēng)暴動力學(xué)，在短期降水預(yù)報方面超越傳統(tǒng)物理氣象預(yù)測模型的平臺。它利用AI技術(shù)直接預(yù)測衛(wèi)星和雷達(dá)圖像。
（3）數(shù)據(jù)同化：Earth-2 Global Data Assimilation（HealDA）
Earth-2全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)采用基于全新架構(gòu)的HealDA模型，能夠生成天氣預(yù)報的初始條件——即全球數(shù)千個地點當(dāng)前大氣狀況的快照，包括溫度、風(fēng)速、濕度、氣壓等參數(shù)。
以前超級計算機(jī)要花幾個小時，而這一系統(tǒng)在GPU上僅需數(shù)秒即可生成初始條件。結(jié)合Earth-2 Medium Range，該系統(tǒng)能通過開放式全AI工作流生成精準(zhǔn)的預(yù)報預(yù)測。
Earth-2 Medium Range和Nowcasting現(xiàn)已通過NVIDIA Earth2Studio、Hugging Face和GitHub公開提供，全球數(shù)據(jù)同化功能預(yù)計將于今年晚些時候發(fā)布。
Earth2Studio地址：github.com/NVIDIA/earth2studio
Hugging Face地址：huggingface.co/collections/nvidia/earth-2
GitHub地址：github.com/NVIDIA/earth2studio
這些模型將加入NVIDIA Earth-2軟件棧中現(xiàn)有的開放天氣模型：
- 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)測結(jié)果降尺度為高分辨率的區(qū)域尺度天氣場，提供本地預(yù)報所需的精細(xì)分辨率，比傳統(tǒng)方法快500倍。
- Earth-2 FourCastNet3，對各種天氣變量（如風(fēng)、溫度和濕度）的預(yù)測精度很高，超越了領(lǐng)先的傳統(tǒng)集合預(yù)報模型，可與頂級的基于擴(kuò)散的方法相媲美，同時預(yù)報生成速度比其他AI方法快60倍。
Earth-2還集成了來自歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）、微軟、谷歌等機(jī)構(gòu)的開放模型。
此外，Earth-2中的模型可使用一個用于大規(guī)模開發(fā)AI物理模型的開源Python框架NVIDIA PhysicsNeMo來進(jìn)行訓(xùn)練和微調(diào)。
二、已落地天氣預(yù)報、能源&電網(wǎng)、財務(wù)影響評估等場景
精準(zhǔn)的天氣預(yù)報有助于拯救生命和保護(hù)環(huán)境，是農(nóng)業(yè)、能源、公共衛(wèi)生及其他行業(yè)決策的重要基石。
研究人員、氣象機(jī)構(gòu)、氣候技術(shù)創(chuàng)新者和企業(yè)已經(jīng)開始利用他們自己的本地AI基礎(chǔ)設(shè)施，運行、微調(diào)和開發(fā)拓展這些先進(jìn)模型，來取得科學(xué)突破。
英偉達(dá)展示的應(yīng)用場景包括天氣預(yù)報、能源預(yù)測和電網(wǎng)運行、財務(wù)影響評估等。
先來看天氣預(yù)報場景，AI氣象工具供應(yīng)商Brightband正在運行Earth-2 Medium Range，每日發(fā)布全球?qū)崨r天氣預(yù)報；以色列氣象局正在運行Earth-2 CorrDiff，并計劃采用Earth-2 Nowcasting，每天生成多達(dá)8次的高分辨率預(yù)報。
據(jù)以色列氣象局局長Amir Givati透露，與在CPU集群上運行不使用AI的傳統(tǒng)數(shù)值天氣預(yù)報模型相比，采用NVIDIA Earth-2模型在2.5公里分辨率下可將計算時間縮短90%。
“在最近一場暴雨之后，我們使用CorrDiff訓(xùn)練的AI模型在6小時累計降水量的驗證中，表現(xiàn)優(yōu)于我們所有業(yè)務(wù)模型?！盇mir Givati說。
氣象預(yù)報機(jī)構(gòu)The Weather Company正在評估Earth-2 Nowcasting在局部極端天氣應(yīng)用中的可行性，美國國家氣象局也在評估這些新氣象模型以優(yōu)化其業(yè)務(wù)工作流。
能源預(yù)測和電網(wǎng)運行方面，道達(dá)爾能源正在評估Earth-2 Nowcasting，以提高短期風(fēng)險意識和決策能力；埃尼公司正在密集測試Earth-2 FourCastNet和CorrDiff模型，以實現(xiàn)對預(yù)測結(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。
中國最大的太陽能材料生產(chǎn)商之一、全球綜合能源運營服務(wù)商協(xié)鑫集團(tuán)正在其光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)業(yè)務(wù)中運行Earth-2模型。與傳統(tǒng)的數(shù)值天氣預(yù)報相比，Earth-2能夠以更低成本提供更精確的預(yù)測數(shù)據(jù)，顯著提升協(xié)鑫光伏發(fā)電預(yù)測的準(zhǔn)確性。
西南電力池（SPP）與日立公司合作，利用Earth-2 Nowcasting和FourCastNet3來提升日內(nèi)和日前風(fēng)電預(yù)測精度，以增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性，并在其服務(wù)范圍內(nèi)推動更明智的運行決策。
財務(wù)影響評估方面，標(biāo)普全球能源正在利用Earth-2 CorrDiff將氣候數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為本地化風(fēng)險評估洞察；全球保險巨頭安盛集團(tuán)正用FourCastNet生成數(shù)千種假設(shè)的颶風(fēng)情景，作為其研發(fā)項目的一部分，用于模型評估、方法學(xué)開發(fā)及現(xiàn)有技術(shù)的基準(zhǔn)測試。
結(jié)語：推動天氣預(yù)報邁向“AI平權(quán)”
通過Earth-2，英偉達(dá)為從事氣象AI創(chuàng)新的開發(fā)者和科學(xué)家提供先進(jìn)的開放模型、數(shù)據(jù)和工具，這與NVIDIA Nemotron、Cosmos、Isaac GR00T、Alpamayo和Clara模型系列分別為代理式AI、物理AI、人形機(jī)器人、輔助駕駛汽車和生物醫(yī)學(xué)AI的創(chuàng)新提供開放基礎(chǔ)的方式類似。
大模型時代的競爭正在快速演變，從過去拼訓(xùn)練規(guī)模和參數(shù)體積，邁向越來越多場景拼推理效率、部署便利、端到端工作流的完成度。
通過將Earth-2系列模型、庫、框架開放出來，以及整合更多外部優(yōu)質(zhì)資源，英偉達(dá)提供了可組合、可部署、可加速的工作流，進(jìn)一步降低天氣預(yù)報的門檻，為農(nóng)業(yè)、交通、能源、電網(wǎng)、保險、科學(xué)研究等領(lǐng)域提供助力。
