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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我们发布了 HiRO-ACEv2，这是我们高分辨率输出气候模拟器（HiRO-ACE）系统的最新升级。HiROv2 能够高精度地再现极为罕见的降雨、大风和气压事件，而整套系统可以以 X-SHiELD 约三百分之一的成本生成全球 3 公里分辨率的气候数据——X-SHiELD 是一款显式模拟风暴等小尺度天气的高分辨率全球大气模型。

HiRO-ACE 于 2026 年年初发布，由两部分组成：运行在 100 公里较粗分辨率上的 AI 模型 ACE，以及把这些粗糙输出锐化为 3 公里精细细节的 HiRO 模型。HiRO-ACEv2 最大的变化是全新的降尺度模型 HiROv2：它现在可以 1) 一次预测多个高分辨率场，而不只是降雨，因此能捕捉更广范围的极端天气；2) 在预测极端事件方面精度更高。

HiRO-ACEv2 的核心目标是把极端事件模拟好。我们对 HiROv2 训练方式的改进，提升了它再现最强降雨、大风和气压值的能力。输入粗化的 X-SHiELD 数据时，即使对于百万分之一才出现一次的罕见事件，它匹配目标模拟高分辨率统计特征的误差也在 3% 以内。它还能准确估计热带气旋的总能量，包括训练中从未见过的风暴，并生成具有逼真风眼和雨带结构的飓风，不过风眼附近的风速和气压仍比 X-SHiELD 略显不对称。此外，HiROv2 还能真实地模拟沿山坡下冲的强风。

针对该系统，我们还训练了 ACE 的新版本。在 10 年的模拟中，该版本生成的飓风、平均气候特征以及降雨、风场和气压的整体分布，均与 X-SHiELD 高度吻合。这表明，ACE 生成的低分辨率模拟结果，是产出长期高分辨率气候数据的可靠基础。

将 HiROv2 与 ACE 结合后，我们生成了整整一年的全球 3 公里数据。即便 HiRO 并非基于真实的 X-SHiELD 数据，而是基于 ACE 自主运行的模拟，其统计特征依然与 X-SHiELD 高度匹配。在 10 年的模拟周期内，HiRO-ACEv2 生成的飓风能量与同期 X-SHiELD 相当，且模拟快照中展示了多种与其他极端事件相似的灾害现象。

北大西洋强飓风的示例，生成自 10 年的 HiRO-ACEv2 模拟。

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 10 年甚至更长时期内极端事件的高分辨率降雨、风场和气压数据。与运行 X-SHiELD 相比，利用它生成全球高分辨率数据的成本仅为前者的约 1/300。若仅需模拟特定区域，节省的算力可超过百倍，具体幅度取决于区域大小。此外，我们正在开发 HiROv2 的简化版本，预计其速度可再提升 10 倍以上。

未来的工作依然艰巨：由于 HiRO 是从 X-SHiELD 学习而来，它目前只能配合针对 X-SHiELD 调优的 ACE 版本运行。这意味着它尚无法为其他气候场景（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，我们计划使用新的 X-SHiELD 数据集进行训练，其中包括模拟全球升温 4°C 的数据集，使系统能够适应不同气候。我们还计划增加近地面温度和冰雪数据输出，这将拓展其应用范围，例如用于积雪预测。

可视化及 HiRO 输出的应用

ACE数据可视化器中下加利福尼亚模拟10米风速：主图为100公里分辨率的ACE2，插图区域为3公里分辨率的HiRO-ACEv2。

ACE数据可视化器中东北太平洋模拟风暴。主图显示100公里分辨率的10米风速；3公里分辨率的HiRO-ACEv2插图展示了风暴内部更细致的结构。

为了让大家无需运行推理即可直观查看 HiRO 的输出效果，我们构建了一个Web 演示页面，并排展示 HiROv1 和 HiROv2 预生成的降水、风速及海平面气压输出，与其训练所基于的 X-SHiELD 模拟数据进行对比。该演示补充了我们技术报告中的定量对比：它不仅能快速直观地检查输出外观，还允许用户放大至感兴趣的区域以评估其性能表现。

如需进行更深入的分析，模型可通过Hugging Face下载，我们的教程 Notebook则详细讲解了运行方法。