NVIDIA Earth-2開放模型系列發表 全球首套加速AI氣象解決方案革新氣候預測

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NVIDIA推出了Earth-2系列開放模型,這是一套全球首見、完全開放且經過加速的AI氣象模型與工具組合。此系列旨在讓全球各地都能輕鬆應用氣象AI技術,涵蓋從處理初始觀測資料到生成長達15天的全球預報,乃至於局部風暴預測等全面性功能。

如今,氣象與氣候的人工智慧(AI)預測技術已比以往任何時候都更容易被全球的科學家、新創公司、開發者、企業與政府機構所運用。NVIDIA於美國氣象學會(American Meteorological Society)年會上,發表了專為氣象與氣候AI設計的全新NVIDIA Earth-2系列開放模型、函式庫與框架,提供了全球首套完全開放且加速的氣象AI軟體堆疊。這些開放技術包含了預訓練模型、框架、客製化方案與推論函式庫,能夠加速預報的每個階段,從處理初始觀測資料到產生15天的全球預報或局部風暴預測。

過去的氣象預報主要依賴運行物理模型的強大超級電腦。然而,AI驅動的氣象預報能大幅節省運算時間與成本,使得更多國家、氣象機構與企業得以建置符合特定應用需求的預報系統。NVIDIA Earth-2作為首套開放且加速的模型與工具組合,使開發者能夠整合原本分散的氣象與氣候AI能力,讓各類組織得以在自有基礎設施上執行、微調並部署可用於生產環境的氣象AI。

這項開創性工作旨在加速氣象預測、提升預報準確度、促進協作,並深化科學家對地球大氣狀態的整體理解。各產業的開發者正積極運用Earth-2預測氣象並取得可行動的洞察,合作夥伴包含AI氣象工具供應商Brightband;氣象預報單位如以色列氣象局、台灣中央氣象署、The Weather Company與美國國家氣象局;能源預測與電網營運公司如道達爾能源、Eni、協鑫集團,以及與日立合作的美國西南電力池區;能源交易解決方案供應商Jua與Metdesk;以及金融風險與情報公司安盛、JBA Risk Management與S&P Global Energy。

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▲NVIDIA Earth-2系列開放模型為全球氣象與氣候預測帶來革新技術,實現更精準、更快速的預報。

全新開放模型加入Earth-2系列

NVIDIA發表的Earth-2開放氣象模型包括:

Earth-2 Medium Range 由名為Atlas的全新模型架構驅動,能夠對包括溫度、氣壓、風與濕度在內的70多項氣象變數進行高準確度的中期氣象預報,預報時效最長可達15天。在標準基準測試中,Earth-2 Medium Range於業界最常採用的預報變數方面均優於領先的開放模型。

Earth-2 Nowcasting 由名為StormScope的全新模型架構驅動,運用生成式AI,在短短數分鐘內即可將國家尺度的預報轉換為公里級解析度、0到6小時的局部風暴與危險氣象預報。Earth-2 Nowcasting也是首個透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報模型的方案,並以AI直接預測衛星與雷達影像。

Earth-2 Global Data Assimilation 由名為HealDA的全新模型架構驅動,可產生氣象預報的初始條件,也就是全球數千個位置的當前大氣狀態快照,包含溫度、風速、濕度與氣壓等資訊。Earth-2 Global Data Assimilation可在GPU上以數秒鐘產生初始條件,而超級電腦則需要數小時。與Earth-2 Medium Range相結合,兩者將能夠產生最精準的氣象預報,且整個流程均由開放的AI流程完成。

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這些模型加入了NVIDIA Earth-2堆疊中現有的開放式氣象模型:

Earth-2 CorrDiff 採用名為CorrDiff的生成式AI架構,可將低解析度、洲際尺度的預測,降尺度為高解析度、區域尺度的氣象場,從而提供地方預報所需的細緻解析度,速度相較傳統方法快達500倍。Earth-2 FourCastNet3 針對風、溫度與濕度等多種氣象變數提供高準確度預報,不僅超越領先的傳統集合模型,表現亦可媲美頂尖擴散模型,同時預報速度較這些方法最高可快60倍。

Earth-2也整合了歐洲中期氣象預報中心(ECMWF)、微軟、Google等機構的開放模型。此外,Earth-2模型還可以使用NVIDIA PhysicsNeMo進行訓練與微調。NVIDIA PhysicsNeMo是一套開源的Python框架,用於大規模開發AI物理模型。

氣象智慧的開放生態系

準確的氣象預報有助於拯救生命並保護環境,同時也是農業、能源、公共衛生等產業決策的重要基礎。研究人員、氣象機構、氣候科技創新者與企業已開始在其本地AI基礎設施上執行、微調並建構這些先進模型,以解鎖科學突破。

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▲Earth-2 Nowcasting運用生成式AI技術,能在數分鐘內提供公里級解析度的局部風暴預報。

氣象預報

AI氣象工具供應商Brightband是NVIDIA Inception計畫Sustainable Futures倡議的成員之一,正使用Earth-2 Medium Range發布每日真實世界的全球預報。Brightband共同創辦人暨執行長Julian Green表示:「新型AI氣象預報工具的革命令人振奮,且隨著像NVIDIA Earth-2 Medium Range這類新模型問世,這項革命正持續加速。Brightband是首批將Earth-2 Medium Range投入實際應用的業者之一,而該模型的開源特性也能加快創新,讓氣象產業的其它成員更容易進行模型的比較並改善。」

以色列氣象局已在營運中使用Earth-2 CorrDiff,並計畫導入Earth-2 Nowcasting,以每日最高8次的頻率生成高解析度預報,協助決策者更有效地應對極端氣象,同時降低運算成本。以色列氣象局局長Amir Givati表示:「相較於在CPU叢集上運行未採用AI的傳統數值氣象預報模型,NVIDIA Earth-2模型讓我們在2.5公里解析度下的運算時間減少90%。在近期一場暴雨過後,我們使用CorrDiff訓練的AI模型,在累積降雨量的6小時驗證中,是我們所有運行模型裡表現最好的。」

The Weather Company正在評估Earth-2 Nowcasting用於局部惡劣氣象應用的可行性。美國國家氣象局也正在評估新模型,以強化其營運工作流程。

能源預測與電網營運

道達爾能源正評估Earth-2 Nowcasting,以提升短期風險掌握與決策能力。道達爾能源氣候與氣象預報產品經理Emmanuel Le Borgne表示:「NVIDIA Earth-2代表著先進氣象智慧以規模化方式落地營運的重要一步。Earth-2 Nowcasting等模型對我們的業務具有開創性意義,因為這些模型在能源系統這類分秒必爭且注重局部影響的領域,能夠提升短期風險意識並改善決策。」

Eni正在密集測試包含FourCastNet與CorrDiff在內的Earth-2模型,用於半營運化的降尺度預測,從而產生未來數週高解析度的氣象預報與天然氣需求預測。中國最大的太陽能材料生產商之一、同時也是全球整合型能源營運商協鑫集團,已在其光電預測系統中投入營運NVIDIA Earth-2模型。與傳統數值氣象預報相比,Earth-2能夠以更低成本提供更加精準的預測資料,並顯著提升協鑫集團對光電發電量的預測準確度。

美國西南電力池區與日立合作,正在使用Earth-2 Nowcasting與FourCastNet3改善日內與日前風力預測能力,以支持美國西南電力池區的承諾,包括提升電網可靠度,並使其服務範圍內的營運決策更加明智。

財務影響評估

S&P Global Energy正運用NVIDIA Earth-2 CorrDiff將氣候資料轉化為在地洞察,用於風險評估。全球保險集團安盛則正在使用FourCastNet產生數千個假設的颶風情境,作為其研發項目的一部分,該項目旨在進行模型評估、方法開發與既有技術的基準測試。

開始使用NVIDIA Earth-2

透過Earth-2,NVIDIA為從事氣象AI創新的開發者與科學家提供先進的開放模型、資料與工具,就如同NVIDIA Nemotron、NVIDIA Cosmos、NVIDIA Isaac GR00T、NVIDIA Alpamayo及NVIDIA Clara系列模型為代理型AI、物理AI、人形機器人、自駕車與生物醫學AI等領域提供開放式的創新基礎。

NVIDIA Earth-2系列模型介紹影片

玩家總結

NVIDIA Earth-2系列的推出,標誌著氣象與氣候預測領域的一大進步。透過其完全開放且加速的AI模型與工具組合,全球的科學家和各產業機構現在能以更低的成本和更高的效率,進行精準的氣象預報與氣候分析。這不僅能大幅提升預測準確度,在應對極端氣候事件、能源管理、乃至於金融風險評估等關鍵領域都將發揮重要作用。Earth-2的開放生態系策略,預計將加速創新,並推動氣象AI技術進入更廣泛的實際應用。

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