HiRO-ACEv2: Новый уровень в моделировании климата и экстремальных погодных явлений

В 2026 году была представлена новая версия системы HiRO-ACE, получившая название HiRO-ACEv2. Эта система, предназначенная для эмуляции климата с высоким разрешением, демонстрирует впечатляющие возможности в воспроизведении даже самых редких метеорологических явлений, таких как сильные дожди, ураганы и изменения давления. HiRO-ACEv2 позволяет генерировать глобальные климатические данные с разрешением 3 км, при этом стоимость их получения составляет примерно 1/300 от затрат на использование модели X-SHiELD, которая является высокоразрешающей глобальной атмосферной моделью, способной явно моделировать шторма и другие мелкомасштабные погодные явления.

Структура HiRO-ACEv2

Система HiRO-ACE состоит из двух основных компонентов: ACE и HiRO. ACE — это модель, работающая на более грубом разрешении в 100 км, а HiRO — это модель, которая уточняет эти грубые данные до детализированных значений с разрешением 3 км. Основное нововведение в HiRO-ACEv2 заключается в новом модели понижения разрешения, HiROv2, которая теперь может одновременно предсказывать несколько полей с высоким разрешением, а не только уровень осадков. Это позволяет охватывать гораздо более широкий спектр экстремальных погодных явлений и значительно улучшает точность предсказаний.

Прогнозирование экстремальных событий

Главное внимание при разработке HiRO-ACEv2 было уделено качественному моделированию экстремальных событий. Изменения в процессе обучения HiROv2 повысили его способность воспроизводить самые интенсивные значения дождя, ветра и давления. При использовании данных, полученных от X-SHiELD, HiROv2 соответствует высокоразрешающим статистическим показателям целевой симуляции с точностью до 3%, даже для событий, которые происходят лишь раз на миллион данных. Модель также точно оценивает общую энергию тропических циклонов, включая шторма, которые не были представлены в процессе обучения, и генерирует ураганы с реалистичными глазами и дождевыми полосами, хотя ветры и давление вокруг глаза остаются несколько асимметричными по сравнению с X-SHiELD. Кроме того, HiROv2 реалистично моделирует сильные ветры, спускающиеся по склонам гор.

Долгосрочные климатические данные

Мы также обновили модель ACE для интеграции с HiRO-ACEv2. В ходе 10-летней симуляции ураганы, средние климатические паттерны и общие распределения дождя, ветра и давления хорошо согласуются с данными X-SHiELD. Это подтверждает, что грубые симуляции ACE служат надежной основой для получения долгосрочных высокоразрешающих климатических данных. Объединив HiROv2 и ACE, мы смогли сгенерировать полный год глобальных данных с разрешением 3 км, статистика которых близка к данным X-SHiELD, несмотря на то, что HiRO работал с симуляцией, проведенной ACE самостоятельно.

Экономия затрат и скорость

Использование HiRO-ACEv2 предлагает исследователям гибкий и недорогой способ генерировать множество версий высокоразрешающих данных о дожде, ветре и давлении для экстремальных событий на протяжении 10 лет и более. Производство глобальных высокоразрешающих данных с помощью этой системы обходится примерно в 300 раз дешевле, чем работа с X-SHiELD. Если требуется информация только для одного региона, экономия может превышать сто раз, в зависимости от размера области. В настоящее время мы также работаем над упрощенной версией HiROv2, которая может значительно ускорить процесс генерации данных.

Будущие направления работы

Тем не менее, впереди еще много работы: поскольку HiRO обучался на данных X-SHiELD, он может работать только с версией ACE, настроенной для соответствия X-SHiELD. Это означает, что на данный момент система не может производить высокоразрешающие данные для других климатов, таких как более теплое будущее или исторические данные из наборов, таких как ERA5. В будущем мы планируем обучить модель на новых наборах данных X-SHiELD, включая симуляцию мира с температурой на 4°C выше, чтобы система могла обрабатывать различные климатические условия. Также мы намерены добавить выходные данные, такие как температура на поверхности и снег, что позволит расширить возможности, например, для прогнозирования снежного покрова.

Визуализация и использование выходных данных HiRO

Для удобства пользователей мы разработали веб-демонстрацию, которая позволяет увидеть результаты работы HiRO без необходимости запускать какие-либо вычисления. В демо представлены предварительно сгенерированные данные о осадках, ветре и давлении, полученные с помощью HiROv1 и HiROv2, которые можно сравнить с данными X-SHiELD. Это дополнение к количественным сравнениям в нашем техническом отчете позволяет быстро визуально оценить, как выглядят выходные данные, и дает возможность пользователям увеличить масштаб на интересующем их регионе для оценки производительности модели. Для более глубокого анализа модели доступны для загрузки, а наши учебные блокноты объясняют, как их запускать.