Earth-2

Earth-2 – 英伟达开源的AI气象预测模型家族

NVIDIA Earth-2：革新气象预测的开源 AI 巨擘

英伟达倾力打造的 NVIDIA Earth-2，标志着气象预测领域迈入一个全新的 AI 驱动时代。作为全球首套完全开源的 AI 气象预测模型家族，Earth-2 凭借 Atlas、StormScope、HealDA 三大核心架构，以前所未有的效率和精度，重塑着我们对天气的认知与预判。它不仅在速度上实现了千倍飞跃，能耗也大幅降低，让各国气象机构、企业及开发者得以构建自主可控的高精度预报系统。

Earth-2 的核心能力

• 中期天气预报（Earth-2 Medium Range）：依托 Atlas 架构，Earth-2 能够提供长达 15 天的全球天气预报，涵盖温度、气压、风速、湿度等七十余种气象变量。在关键行业基准测试中，其准确性已然超越了 Google DeepMind 的 GenCast 等领先的开放模型。
• 临近预报（Earth-2 Nowcasting）：StormScope 架构运用生成式 AI 技术，可以直接分析卫星和雷达数据，精准预测 0 至 6 小时内的短期极端天气。它能在短短几分钟内生成公里级分辨率的局部风暴预警。
• 全球数据同化（Earth-2 Global Data Assimilation）：HealDA 架构解决了气象预测中最耗时的初始条件生成难题。原本需要数小时的超级计算机运算任务，在 GPU 的加持下仅需数秒即可完成，与中期模型相结合，构建了目前完全由 AI 驱动的最强预测流程。
• AI 降尺度（Earth-2 CorrDiff）：通过条件扩散模型，Earth-2 的生成式 AI 降尺度技术，将粗粒度的预报细化至街道级别，其速度比传统方法快 500 倍，能效提升高达 10000 倍，并能生成更丰富的数据集以评估天气的概率分布。
• 可视化服务：借助 NVIDIA Omniverse 和 OpenUSD 3D 框架，Earth-2 实现了全球尺度气候模拟和地理空间数据的聚合与可视化，支持云端高分辨率的交互式探索。

Earth-2 的技术基石

• Atlas 架构：作为中期预测模型的核心，Atlas 架构运用深度学习网络处理全球时空序列数据，通过端到端 AI 管道取代了传统数值天气预报中复杂的物理方程求解，在保证高精度的同时，极大提升了预测效率，实现了对七十余种气象变量长达 15 天的全球预报。
• StormScope 架构：StormScope 架构是临近预测模型的技术支撑，其生成式 AI 技术可以直接学习和推理卫星及雷达影像，无需依赖传统物理方程模拟大气。这使得模型能够更快速、更准确地捕捉风暴系统的动态演变，成为首个在风力学模拟上超越传统物理方法的 AI 架构。
• HealDA 架构：HealDA 架构是全球数据同化模型的关键创新，它利用 GPU 的并行计算能力重构了数据同化流程，将传统超级计算机数小时的任务缩短至数秒，实现了观测数据与预测模型的高效耦合，为构建完全 AI 驱动的端到端预报流程奠定了基础。
• CorrDiff 技术：CorrDiff 技术基于条件扩散模型实现生成式降尺度，利用生成式 AI 的超分辨率能力，将低分辨率的大气预报数据精细化到高分辨率的局部尺度。在保持物理一致性的前提下，实现了 500 倍的速度提升和 10000 倍的能效改进，使得街道级别的精准预报成为可能。

Earth-2 的项目入口

• 项目官网：https://www.nvidia.com/en-us/high-performance-computing/earth-2/
• GitHub 仓库：https://github.com/NVIDIA/earth2studio
• HuggingFace 模型库：https://huggingface.co/collections/nvidia/earth-2

Earth-2 的广泛应用

• 气象预报服务：气象机构可利用 Earth-2 的开源模型，结合本地数据进行微调，构建符合本国地理特征、完全自主可控的国家级天气预报系统。
• 极端天气预警：通过 FourCastNet 等模型，可提前三周预测台风、暴雨、热浪等极端天气，生成多达 1000 组集合预报成员，为防灾减灾争取宝贵的响应时间。
• 清洁能源管理：精准预测风场和太阳辐照度变化，从而优化风电场和光伏电站的出力预测，提升可再生能源的消纳能力。
• 农业精准种植：指导农户精准安排灌溉、施肥、播种和病虫害防治时机，有效减少气象灾害带来的损失，并提升作物产量与品质。
• 航空航运安全：实时监测航线天气状况，提前规避晴空湍流、雷暴等危险天气，优化飞行路径和起降时刻，提升航班正点率和飞行安全水平。