HiRO-ACEv2: Simulating extreme weather at 3 km resolution for a fraction of the cost

HiRO-ACEv2：以极低成本实现3公里分辨率的极端天气模拟

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2026年10月14日发布

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Kyle Wiggers

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我们推出了HiRO-ACEv2，这是我们的高分辨率输出Ai2气候模拟器（HiRO-ACE）系统的最新更新。HiROv2能够以高精度重现极端罕见的降雨、风力和气压事件，而完整系统生成全球3公里气候数据的成本仅为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）的约1/300。

HiRO-ACE于2026年初推出，包含两个部分：ACE，一个以较粗略的100公里分辨率运行的人工智能模型；HiRO，一个将这些粗略输出细化为精细3公里细节的模型。HiRO-ACEv2最大的改进是新的降尺度模型HiROv2，现在它可以1）同时预测多个高分辨率字段而不仅仅是降雨，从而能够捕捉更广泛的极端天气范围，2）在预测极端事件方面具有更强的能力。

HiRO-ACEv2的主要目标是良好地模拟极端事件。对HiROv2训练方式的改进增强了其重现最强烈降雨、风力和气压值的能力。当输入经过粗化的X-SHiELD数据时，它甚至能将目标模拟的高分辨率统计值匹配到3%以内，即使对于罕见程度达到百万数据点中仅出现一次的事件也是如此。它还能准确估算热带气旋的总能量，包括训练中从未见过的风暴，并生成具有现实眼区和降雨带的飓风，尽管眼区周围的风力和气压分布仍比X-SHiELD略显不对称。此外，HiROv2还能真实生成沿山地斜坡流动的强风。

我们还为该系统训练了ACE的更新版本。在十年的模拟中，其飓风、平均气候模式以及降雨、风力和气压的整体分布都与X-SHiELD高度吻合。这表明ACE的粗略模拟为生成长期高分辨率气候数据提供了坚实的基础。

将HiROv2和ACE结合后，我们生成了一整年的全球3公里数据。其统计特征与X-SHiELD非常接近，尽管HiRO是基于ACE自行运行的模拟数据进行处理，而非直接使用真实的X-SHiELD数据。在十年的模拟运行中，HiRO-ACEv2生成的飓风能量与X-SHiELD在同期的水平相当，且运行快照显示了多种其他极端事件，这些事件与X-SHiELD中的情况相似。

在十年的HiRO-ACEv2模拟中生成的北大西洋强飓风示例。

总体而言，HiRO-ACEv2为研究人员提供了一种灵活且经济高效的方法，用于生成十年或更长时间内高分辨率降雨、风力和气压数据的多种版本。使用该系统生成全球高分辨率数据的成本仅为运行X-SHiELD的约1/300。如果只需要模拟特定区域，节省的成本可能超过百倍，具体取决于区域大小。我们还在开发HiROv2的精简版，使其速度有望再提升十倍以上。

我们仍有许多未来工作要做：由于HiRO是从X-SHiELD学习而来的，它只能与经过调优以匹配X-SHiELD的ACE版本配合使用。这意味着它目前还无法为其他气候（如更温暖的未来或ERA5等数据集中的历史记录）生成高分辨率数据。接下来，我们计划在新的X-SHiELD数据集上进行训练，包括一个模拟全球升温4°C的世界的数据集，从而使系统能够应对不同气候。我们还计划增加近地表温度、积雪和冰盖等输出，这将使系统能够用于更多场景，例如积雪预测。

可视化和使用HiRO输出

ACE数据可视化工具中模拟的下加利福尼亚半岛10米风速：主地图显示ACE2在100公里分辨率下的表现，插图显示HiRO-ACEv2在3公里分辨率下的细节。

ACE数据可视化工具中模拟的东北太平洋风暴。主地图显示100公里分辨率下的10米风速；插图显示HiRO-ACEv2在3公里分辨率下呈现的风暴内部更精细的结构。

为了让用户无需运行任何推理即可直观了解HiRO的输出效果，我们开发了一个网络演示，将HiROv1和HiROv2生成的降水、风速和海平面气压输出与训练所用的X-SHiELD模拟结果并排展示。该演示补充了我们技术报告中的定量对比：它能快速提供输出结果的视觉检查，并允许用户放大查看自己感兴趣的区域以评估性能。

如需更深入的分析，可下载相关模型，我们的教程笔记本将逐步演示如何运行这些模型。

本文提到的模型 1

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