Ai2 发布 HiRO-ACEv2：以约 1/300 成本生成全球 3 km 极端天气数据

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我们介绍了 HiRO-ACEv2，我们高分辨率输出Ai2气候模拟器（HiRO-ACE）系统的最新更新。HiROv2能够以高精度再现甚至极其罕见的降雨、风和气压事件，而整个系统可以在大约X-SHiELD（一个显式模拟风暴和其他小尺度天气的高分辨率全球大气模型）成本的1/300下生成全球3公里气候数据。

HiRO-ACE，于2026年初介绍，有两个部分：ACE，一个在较粗的100公里分辨率下运行的AI模型，以及HiRO，一个将那些粗略输出锐化为精细3公里细节的模型。HiRO-ACEv2的最大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，而不仅仅是降雨，因此可以捕捉更广泛的极端天气，以及2)在预测极端事件方面技能有所提高。

我们对HiRO-ACEv2的主要关注点是很好地模拟极端事件。我们对HiROv2的训练方式的改变提高了它再现最强烈的降雨、风和气压值的能力。

当给定粗化的X-SHiELD数据时，它在3%以内匹配目标模拟的高分辨率统计数据，即使对于仅在百万个数据点中发生一次的事件也是如此。

它还准确地估计了热带气旋的总能量，包括训练期间从未见过风暴，并生成了具有逼真眼睛和雨带的风暴，尽管眼周围的 wind 和 pressure 仍然比X-SHiELD稍微不平衡。

此外，HiROv2真实地生成了流下山坡的强风。

我们还为这个系统训练了ACE的更新版本。在10年的模拟中，它的飓风、平均气候模式以及降雨、风和压力的整体分布都与X-SHiELD很好地吻合。这表明ACE的粗略模拟为生成长期高分辨率气候数据奠定了坚实的基础。

将HiROv2和ACE结合起来，我们生成了整整一年的全球3公里数据。它的统计数据与X-SHiELD非常接近，即使HiRO是从ACE自己运行的模拟而不是真实的X-SHiELD数据中工作。在10年的运行中，HiRO-ACEv2的飓风能量与X-SHiELD在同期相当，并且该运行中的快照显示了各种其他类似于X-SHiELD中的极端事件。

北太平洋的一个强烈飓风的例子，在10年HiRO-ACEv2模拟期间生成。

总的来说，HiRO-ACEv2为研究人员提供了一种灵活且经济的方法，用于在10年或更长时间内为极端事件生成许多版本的高分辨率降雨、风和压力数据。使用它生成全球高分辨率数据的成本大约是运行X-SHiELD的1/300。如果只需要一个区域，则节省可能超过100倍，具体取决于区域的面积。我们还在开发HiROv2的精简版本，它可能使其速度再次提高10倍以上。

我们仍有许多工作要做：因为 HiRO 从 X-SHiELD 中学习，它只适用于与 X-SHiELD 匹配的 ACE 版本。这意味着它目前还不能为其他气候生成高分辨率数据，例如更温暖的未来或 ERA5 等数据集中的历史记录。接下来，我们计划在新 X-SHiELD 数据集上进行训练，包括一个模拟了 4°C 暖化世界的数据集，以便该系统能够处理不同的气候。我们还计划添加近地表温度、雪和冰等输出，这将允许更多用途，例如积雪预测。

可视化和使用 HiRO 输出

ACE 数据可视化器中模拟的下加利福尼亚州 10 米风速：主地图显示 100 公里分辨率的 ACE2，插图显示 3 公里分辨率的 HiRO-ACEv2。

ACE 数据可视化器中模拟的东北太平洋风暴。主地图显示 100 公里分辨率的 10 米风速；3 公里分辨率的 HiRO-ACEv2 插图显示了风暴内部的精细结构。

为了方便查看 HiRO 产生的结果，而无需运行任何推理，我们构建了一个 网络演示，该演示并排显示了 HiROv1 和 HiROv2 预生成的降水、风速和海平面气压输出，以及它们所训练的模拟 X-SHiELD。该演示补充了我们技术报告中的定量比较：它提供了输出的快速视觉检查，并允许用户放大他们感兴趣的区域以判断该处的性能。

对于更深入的分析，模型可供 下载，我们的 教程笔记本 演示了如何运行它们。