Hugging Face Blog · 2026/10/15 00:12:42
Allen AI 开源 HiRO-ACEv2：以 1/300 成本实现 3 km 分辨率极端天气模拟
Allen AI 发布新一代气候模拟器 HiRO-ACEv2，能在保持极高精度的前提下，将全球 3 km 分辨率的气候数据生成成本降低至传统高分辨率模型（如 X-SHiELD）的约 1/300。该模型通过深度学习技术精准复现罕见的暴雨、强风及气压极端事件，并已在 Hugging Face 开源权重与教程，支持用户针对特定区域进行细粒度性能评估。
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HiRO-ACEv2：以极低成本实现 3 km 分辨率的极端天气模拟
企业文章 发布于 2026 年 10 月 14 日 点赞 2
我们推出 HiRO-ACEv2，这是我们的“高分辨率输出 Ai2 气候模拟器”（High Resolution Output Ai2 Climate Emulator, HiRO-ACE）系统的最新升级版本。HiROv2 能够高精度复现甚至极为罕见的降雨、风力和气压事件，而整个系统生成全球 3 km 分辨率气候数据的成本仅为 X-SHiELD 的约 1/300。X-SHiELD 是一款显式模拟风暴及其他小尺度天气现象的高分辨率全球大气模型。
HiRO-ACE 于 2026 年初首次发布，由两部分组成：ACE，一个在较粗的 100 km 分辨率下运行的 AI 模型；以及 HiRO，一个将这些粗分辨率输出细化为 3 km 精细细节的模型。HiRO-ACEv2 最大的变化在于新的降尺度模型 HiROv2，它现在能够：1) 同时预测多个高分辨率场，而不仅仅是降雨量，从而捕捉更广泛的极端天气类型；2) 在预测极端事件方面的技能得到了提升。
我们在 HiRO-ACEv2 上的主要重点是准确模拟极端事件。对 HiROv2 训练方式的改进提升了其重现最强降雨、风速和气压数值的能力。当输入经过粗粒化处理的 X-SHiELD 数据时，它能够以 3% 以内的误差匹配目标模拟的高分辨率统计数据，即使对于百万分之一概率的罕见事件也是如此。此外，它还能准确估算热带气旋的总能量，包括那些在训练过程中从未见过的风暴，并生成具有逼真风眼和雨带的飓风，尽管风眼周围的风速和气压分布仍比 X-SHiELD 略显不对称。另外，HiROv2 还能真实地生成沿山坡下行的强风。
我们还为该系统训练了 ACE 的更新版本。在为期 10 年的模拟中，其生成的飓风、平均气候模式以及降雨、风速和气压的整体分布都与 X-SHiELD 高度吻合。这表明 ACE 的粗分辨率模拟是生成长期高分辨率气候数据的坚实基础。
将 HiROv2 与 ACE 结合，我们生成了一整年全球 3 公里分辨率的数据。尽管 HiRO 是基于 ACE 自行运行的模拟结果而非真实的 X-SHiELD 数据进行工作，但其统计特征仍与 X-SHiELD 紧密匹配。在为期 10 年的运行中，HiRO-ACEv2 生成的飓风能量与同期 X-SHiELD 的结果相当，且该运行中的快照展示了多种与 X-SHiELD 相似的极端事件。
北大西洋强飓风示例，由 10 年 HiRO-ACEv2 模拟生成。
总体而言，HiRO-ACEv2 为研究人员提供了一种灵活且低成本的方法，用于生成涵盖 10 年或更长时间跨度的多种高分辨率极端事件降雨、风速和气压数据版本。使用该方法生成全球高分辨率数据的成本约为运行 X-SHiELD 的三百分之一。如果仅需特定区域的数据，根据区域大小不同，节省的成本可能超过百倍。我们还在开发 HiROv2 的精简版本，有望使其速度再提升十倍以上。
我们仍有后续工作要做：由于 HiRO 是从 X-SHiELD 中学习而来的，因此它目前仅适用于针对 X-SHiELD 进行调优的 ACE 版本。这意味着它尚无法为其他气候场景（例如更温暖的未来气候或 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，其中包括一个模拟全球升温 4°C 的数据集，从而使系统能够处理不同的气候条件。我们还计划增加近地表温度、雪和冰等输出变量，这将支持更多应用场景，例如积雪预测。
HiRO 输出的可视化与应用
在 ACE 数据可视化工具中展示的巴哈加利福尼亚上空模拟的 10 米风速：主地图显示分辨率为 100 公里的 ACE2 数据，插图显示分辨率为 3 公里的 HiRO-ACEv2 数据。
在 ACE 数据可视化工具中展示的东北太平洋上空模拟风暴。主地图显示分辨率为 100 公里的 10 米风速；分辨率为 3 公里的 HiRO-ACEv2 插图展示了风暴内部更精细的结构。
为了便于直观查看 HiRO 的输出结果而无需运行推理过程，我们构建了一个 Web 演示页面，该页面并排展示了 HiROv1 和 HiROv2 预生成的降水、风速和海平面气压输出，以及作为其训练基础的 X-SHiELD 模拟数据。该演示页面补充了我们技术报告中的定量比较：它提供了对输出外观的快速视觉检查，并允许用户放大到自己感兴趣的区域以评估局部性能。