英偉達推出AI天氣預報全家桶！提速15天全球預報，比超算更省錢

智東西
作者 ZeR0
編輯 漠影

智東西1月30日報道，本周，英偉達針對天氣預報放出AI大招，在美國氣象學會年會上公布一套“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。

這些開放技術包括預訓練模型、框架、定制方案和推理庫，加速了所有預測階段，從處理初始觀測數據到生成15天全球預報或局部強對流天氣預報。

通過NVIDIA Earth-2，英偉達想把“天氣預報”這件事從少數的超級計算機特權，變成更多機構都能跑得起、改得動、部署得了的工程能力。

以前，天氣預報長期依賴于運行基于物理模型的大型超級計算機。AI驅動的天氣預報，則可以節省大量的計算時間和成本，讓更多國家、氣象機構和企業能夠運行針對特定應用場景的預報系統。

NVIDIA Earth-2作為首個開放、加速的模型與工具集，使開發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設施上運行、微調和部署生產就緒型氣象AI模型。

這項開創性的工作，有助于加快天氣預報速度，提高預報準確性，促進科研協作，并增進科學家對地球大氣狀況的整體了解。

一、從15天預報到臨近預報，Earth-2都包辦了

英偉達公布的全新Earth-2開放天氣模型包括：

（1）15天中期天氣預報：Earth-2 Medium Range（Atlas）

Earth-2 Medium Range中期預報模型采用基于全新架構的Atlas模型，能夠對70多個氣象變量（比如溫度、氣壓、風、濕度等）進行15天內的高精度預測。

在行業標準測試中，該模型在業內最常用的預報變量上均優于領先的開放模型。

（2）0到6小時臨近預報：Earth-2 Nowcasting（StormScope）

Earth-2 Nowcasting采用基于全新架構的StormScope模型，利用基于衛星和雷達數據訓練的生成式AI技術來預測真實云層和降雨系統的演變，短短幾分鐘即可將國家尺度的預報轉化為公里級分辨率、0至6小時的局部風暴和惡劣天氣預報。

該模型是首個通過直接模擬風暴動力學，在短期降水預報方面超越傳統物理氣象預測模型的平臺。它利用AI技術直接預測衛星和雷達圖像。

（3）數據同化：Earth-2 Global Data Assimilation（HealDA）

Earth-2全球數據同化系統采用基于全新架構的HealDA模型，能夠生成天氣預報的初始條件——即全球數千個地點當前大氣狀況的快照，包括溫度、風速、濕度、氣壓等參數。

以前超級計算機要花幾個小時，而這一系統在GPU上僅需數秒即可生成初始條件。結合Earth-2 Medium Range，該系統能通過開放式全AI工作流生成精準的預報預測。

Earth-2 Medium Range和Nowcasting現已通過NVIDIA Earth2Studio、Hugging Face和GitHub公開提供，全球數據同化功能預計將于今年晚些時候發布。

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軟件棧中現有的開放天氣模型：

• 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域尺度天氣場，提供本地預報所需的精細分辨率，比傳統方法快500倍
• Earth-2 FourCastNet3，對各種天氣變量（如風、溫度和濕度）的預測精度很高，超越了領先的傳統集合預報模型，可與頂級的基于擴散的方法相媲美，同時預報生成速度比其他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中的模型可使用一個用于大規模開發AI物理模型的開源Python框架NVIDIA PhysicsNeMo來進行訓練和微調。

二、已落地天氣預報、能源&電網、財務影響評估等場景

精準的天氣預報有助于拯救生命和保護環境，是農業、能源、公共衛生及其他行業決策的重要基石。

研究人員、氣象機構、氣候技術創新者和企業已經開始利用他們自己的本地AI基礎設施，運行、微調和開發拓展這些先進模型，來取得科學突破。

英偉達展示的應用場景包括天氣預報、能源預測和電網運行、財務影響評估等。

先來看天氣預報場景，AI氣象工具供應商Brightband正在運行Earth-2 Medium Range，每日發布全球實況天氣預報；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8次的高分辨率預報。

據以色列氣象局局長Amir Givati透露，與在CPU集群上運行不使用AI的傳統數值天氣預報模型相比，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訓練的AI模型在6小時累計降水量的驗證中，表現優于我們所有業務模型。”Amir Givati說。

氣象預報機構The Weather Company正在評估Earth-2 Nowcasting在局部極端天氣應用中的可行性，美國國家氣象局也在評估這些新氣象模型以優化其業務工作流。

能源預測和電網運行方面，道達爾能源正在評估Earth-2 Nowcasting，以提高短期風險意識和決策能力；埃尼公司正在密集測試Earth-2 FourCastNet和CorrDiff模型，以實現對預測結果進行半業務化降尺度，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。

中國最大的太陽能材料生產商之一、全球綜合能源運營服務商協鑫集團正在其光伏發電功率預測系統業務中運行Earth-2模型。與傳統的數值天氣預報相比，Earth-2能夠以更低成本提供更精確的預測數據，顯著提升協鑫光伏發電預測的準確性。

西南電力池（SPP）與日立公司合作，利用Earth-2 Nowcasting和FourCastNet3來提升日內和日前風電預測精度，以增強電網可靠性，并在其服務范圍內推動更明智的運行決策。

財務影響評估方面，標普全球能源正在利用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正用FourCastNet生成數千種假設的颶風情景，作為其研發項目的一部分，用于模型評估、方法學開發及現有技術的基準測試。

結語：推動天氣預報邁向“AI平權”

通過Earth-2，英偉達為從事氣象AI創新的開發者和科學家提供先進的開放模型、數據和工具，這與NVIDIA Nemotron、Cosmos、Isaac GR00T、Alpamayo和Clara模型系列分別為代理式AI、物理AI、人形機器人、輔助駕駛汽車和生物醫學AI的創新提供開放基礎的方式類似。

大模型時代的競爭正在快速演變，從過去拼訓練規模和參數體積，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質資源，英偉達提供了可組合、可部署、可加速的工作流，進一步降低天氣預報的門檻，為農業、交通、能源、電網、保險、科學研究等領域提供助力。