HiRO-ACEv2: Моделювання екстремальних погодних явищ із роздільною здатністю 3 км за частину вартості
Ми представляємо HiRO-ACEv2 — найновіше оновлення нашої системи High Resolution Output Ai2 Climate Emulator (HiRO-ACE). HiROv2 може з високою точністю відтворювати навіть надзвичайно рідкісні опади, вітер і коливання тиску, тоді як повна система здатна генерувати глобальні кліматичні дані з роздільною здатністю 3 км приблизно за 1/300 вартості X-SHiELD — глобальної атмосферної моделі високої роздільної здатності, яка безпосередньо моделює шторми та інші дрібномасштабні погодні явища.
HiRO-ACE, представлена раніше у 2026 році, складається з двох частин: ACE — моделі ШІ, що працює з грубішою роздільною здатністю 100 км, і HiRO — моделі, яка перетворює ці грубі дані на деталізовані дані з роздільною здатністю 3 км. Найбільша зміна в HiRO-ACEv2 — це нова модель даунскейлінгу HiROv2, яка тепер може 1) одночасно прогнозувати кілька полів високої роздільної здатності, а не лише опади, тому вона здатна охоплювати значно ширший спектр екстремальних погодних явищ, і 2) має покращені навички прогнозування екстремальних подій.
Нашим головним завданням у створенні HiRO-ACEv2 було якісне моделювання екстремальних подій. Зміни в методиці навчання HiROv2 покращили її здатність відтворювати найінтенсивніші опади, вітер і значення тиску. Якщо надати їй дані X-SHiELD зі зниженою роздільною здатністю, вона відтворює статистику цільової симуляції високої роздільної здатності з точністю до 3% навіть для подій, настільки рідкісних, що вони трапляються лише раз на мільйон точок даних. Вона також точно оцінює загальну енергію тропічних циклонів, зокрема штормів, яких не бачила під час навчання, і генерує урагани з реалістичними оком і дощовими смугами, хоча вітер і тиск навколо ока залишаються дещо більш асиметричними, ніж у X-SHiELD. Крім того, HiROv2 реалістично генерує сильні вітри, що спускаються схилами гір.
Ми також навчили оновлену версію ACE для цієї системи. Упродовж 10-річної симуляції її урагани, середні кліматичні закономірності та загальні розподіли опадів, вітру й тиску добре узгоджуються з X-SHiELD. Це свідчить, що грубі симуляції ACE є надійною основою для створення довгострокових кліматичних даних високої роздільної здатності.
Поєднавши HiROv2 і ACE, ми згенерували повний рік глобальних даних із роздільною здатністю 3 км. Їхня статистика майже збігається зі статистикою X-SHiELD, хоча HiRO працювала із симуляцією, яку ACE виконала самостійно, а не зі справжніми даними X-SHiELD. За 10-річний період енергія ураганів HiRO-ACEv2 є зіставною з енергією ураганів X-SHiELD за той самий період, а окремі кадри цієї симуляції демонструють різноманітні інші екстремальні явища, подібні до тих, що спостерігаються в X-SHiELD.
Приклад сильного урагану в Північній Атлантиці, згенерованого під час 10-річної симуляції HiRO-ACEv2.
Загалом HiRO-ACEv2 надає дослідникам гнучкий і недорогий спосіб генерувати багато варіантів даних високої роздільної здатності про опади, вітер і тиск для екстремальних подій протягом 10 років і більше. Створення глобальних даних високої роздільної здатності за допомогою цієї системи приблизно у 300 разів дешевше, ніж запуск X-SHiELD. Якщо потрібен лише один регіон, економія може бути більш ніж у сто разів більшою — залежно від площі території. Ми також працюємо над оптимізованою версією HiROv2, яка може зробити систему ще більш ніж у десять разів швидшою.
Попереду ще багато роботи: оскільки HiRO навчалася на X-SHiELD, вона працює лише з версією ACE, налаштованою відповідно до X-SHiELD. Це означає, що поки що вона не може створювати дані високої роздільної здатності для інших кліматичних умов, наприклад для теплішого майбутнього або історичних даних у наборах на кшталт ERA5. Далі ми плануємо навчити систему на нових наборах даних X-SHiELD, зокрема на наборі, що моделює світ на 4°C тепліший, щоб система могла працювати з різними кліматами. Ми також плануємо додати такі вихідні дані, як температура біля поверхні, сніг і лід, що відкриє ще більше можливостей застосування, наприклад прогнозування снігового покриву.
Візуалізація та використання вихідних даних HiRO
Змодельована швидкість вітру на висоті 10 м над Нижньою Каліфорнією у візуалізаторі даних ACE: ACE2 із роздільною здатністю 100 км на головній карті та HiRO-ACEv2 із роздільною здатністю 3 км на врізці.
Змодельований шторм над північно-східною частиною Тихого океану у візуалізаторі даних ACE. На головній карті показано швидкість вітру на висоті 10 м із роздільною здатністю 100 км; врізка HiRO-ACEv2 із роздільною здатністю 3 км демонструє детальнішу структуру всередині шторму.
Щоб можна було легко побачити, що генерує HiRO, не запускаючи жодних обчислень, ми створили вебдемонстрацію, яка показує попередньо згенеровані дані про опади, вітер і тиск на рівні моря від HiROv1 та HiROv2 поруч із X-SHiELD — симуляцією, на якій вони навчалися. Демонстрація доповнює кількісні порівняння в нашому технічному звіті: вона дає змогу швидко візуально перевірити вигляд результатів і наблизити власний регіон інтересу, щоб оцінити продуктивність системи в ньому.
Для глибшого аналізу моделі можна завантажити, а в наших навчальних ноутбуках покроково показано, як їх запускати.
Моделі, згадані в цій статті 1
Спільнота
· Зареєструйтеся або увійдіть, щоб залишити коментар
Моделі, згадані в цій статті 1
Перекладено автоматично з англійської. Оригінал статті — за посиланням нижче.