HiRO-ACEv2：以 3 公里分辨率低成本模拟极端天气
Ai2（艾伦人工智能研究所）近日发布了其高分辨率输出气候模拟器系统 HiRO-ACE 的最新版本 HiRO-ACEv2。该系统能够在极低计算成本下，生成全球范围内 3 公里分辨率的气候数据，并具备高精度复现罕见降雨、强风及气压极端事件的能力。
据官方介绍，HiRO-ACEv2 的整体运行成本仅为传统高分辨率全球大气模型 X-SHIELD 的 1/300。X-SHIELD 能够明确模拟风暴及其他小规模天气现象，而 HiRO-ACEv2 通过 AI 技术实现了类似效果的大规模部署。
系统架构与核心升级
HiRO-ACE 系统最初于 2026 年初推出，由两个主要部分组成：ACE 模型负责以 100 公里分辨率运行基础模拟，HiRO 模型则将这些粗略输出细化至 3 公里分辨率。
在 HiRO-ACEv2 中，最显著的改进在于新的降尺度模型 HiROv2。该模型引入了两项关键变化：
- 多场预测能力：不再局限于仅预测降雨，而是能同时预测多个高分辨率气象场，从而捕捉更广泛的极端天气类型。
- 极端事件技能提升：通过调整训练方式，显著提高了对最强降雨、风速和气压值的复制能力。
性能表现与验证
测试数据显示，当输入粗糙的 X-SHIELD 数据时，HiROv2 生成的统计结果与目标模拟的高分辨率数据匹配度在 3% 以内。这一精度甚至适用于百万分之一概率发生的极罕见事件。
在热带气旋模拟方面，HiROv2 准确估算了气旋的总能量，包括那些在训练期间从未出现过的风暴。生成的图像显示了逼真的眼区和雨带结构。尽管在眼区周围的风力和气压细节上与 X-SHIELD 存在细微差异，但模型成功再现了山坡上的强风现象。
北大西洋强飓风示例，生成于 10 年的 HiRO-ACEv2 模拟过程中。
此外，团队还更新了 ACE 模型。经过 10 年的模拟测试，平均气候模式、降雨、风力和压力的总体分布均与 X-SHIELD 保持一致。这表明 ACE 的粗略模拟为长期高分辨率气候数据提供了坚实基础。
将 HiROv2 与更新后的 ACE 结合后，系统生成了整整一年的全球 3 公里数据。即便 HiRO 是基于 ACE 自身的模拟而非 X-SHIELD 的真实数据进行训练，其统计数据仍与 X-SHIELD 高度吻合。在为期 10 年的运行中，HiRO-ACEv2 的风能指标与同期 X-SHIELD 数据相当，快照显示其能重现多种类似的极端事件。
可视化与应用前景
ACE 数据可视化器中巴哈加利福尼亚州的 10 米风速模拟：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。
太平洋东北部风暴模拟：主地图显示 100 公里分辨率下的 10 米风速，3 公里分辨率插图展示了风暴内部的精细结构。
为了便于研究人员直观评估输出质量，开发团队建立了一个网络演示工具，展示 HiROv1 和 HiROv2 预先生成的降雨量、风力及海平面压力数据。用户可放大特定区域以判断模型性能。对于需要深入分析的用户，模型权重已开放下载，并配有教程笔记本指导运行。
局限性与未来计划
目前，由于 HiRO 是从 X-SHIELD 学习而来，它仅能与针对 X-SHIELD 调整的 ACE 版本协同工作。这意味着该系统尚无法为其他气候情景（如更温暖的未来预测或 ERA5 数据集等历史记录）提供高分辨率数据。
研发团队计划下一步利用新的 X-SHIELD 数据集进行训练，并增加近地表温度、雪和冰等输出变量，以拓展应用范围。此外，一个速度提高十倍的 HiROv2 简化版本正在开发中。
