Earth-2 – 英伟达开源的AI气象预测模型家族

Earth-2是什么

NVIDIA Earth-2 是英伟达推出的全球首套完全开源的 AI 气象预测模型家族，基于 Atlas、StormScope、HealDA 三大核心架构，分别实现 15 天全球中期预报、0-6 小时公里级临近预报和秒级初始条件生成。相比传统数值天气预报依赖超算解算物理方程，Earth-2 采用端到端 AI 管道，速度提升千倍、能耗锐减，使各国气象机构、企业和开发者能基于开源模型构建自主可控的高精度预报系统，标志着气象 AI 正式进入工业化部署时代。

Earth-2的主要功能

• 中期天气预报（Earth-2 Medium Range）：基于Atlas架构，提供长达15天的全球天气预报，可预测温度、气压、风速、湿度等70多个气象变量，在关键行业基准测试中准确性超越Google DeepMind的GenCast等领先开放模型。

• 临近预报（Earth-2 Nowcasting）：基于StormScope架构，用生成式AI技术直接处理卫星和雷达数据，针对0到6小时的短期极端天气进行预测，能在几分钟内生成公里级分辨率的局部风暴预测。

• 全球数据同化（Earth-2 Global Data Assimilation）：基于HealDA架构，解决气象预测中最耗时的初始条件生成问题，传统超级计算机需要数小时才能完成的任务，在GPU上仅需数秒，配合中期模型可构建目前完全由AI驱动的最强预测管道。

• AI降尺度（Earth-2 CorrDiff）：采用条件扩散模型实现生成式AI降尺度，速度比传统方法快500倍，能效提升10000倍，支持将粗粒度预报细化到街道级别，生成更多数据集能更好评估天气事件的概率分布。

• 可视化服务：基于NVIDIA Omniverse和OpenUSD 3D框架，支持全球尺度气候模拟和地理空间数据集的聚合与可视化，实现云端高分辨率交互式探索。

Earth-2的技术原理

• Atlas架构：Atlas架构是Earth-2中期预测模型的核心，采用深度学习网络处理全球尺度的时空序列数据，通过端到端AI管道替代传统数值天气预报中复杂的物理方程求解过程，能在保持高准确性的同时大幅提升预测效率，实现对70多个气象变量长达15天的全球预报。

• StormScope架构 ：StormScope架构是Earth-2临近预测模型的技术基础，运用生成式AI技术直接对卫星和雷达影像进行学习和推理，不依赖传统物理方程模拟大气运动，使模型能更快速、更准确地捕捉风暴系统的动态演变，成为首个在风暴动力学模拟上超越传统物理方法的AI架构。

• HealDA架构：HealDA架构是Earth-2全球数据同化模型的核心创新，通过GPU并行计算能力彻底重构数据同化流程，将传统超级计算机需要数小时才能完成的初始大气条件生成任务压缩至数秒内完成，实现观测数据与预测模型之间的高效耦合，为构建完全AI驱动的端到端预报管道奠定基础。

• CorrDiff技术：CorrDiff技术基于条件扩散模型实现生成式降尺度，用生成式AI的超分辨率能力将低分辨率的大气预报数据细化到高分辨率的局部尺度，在保持物理一致性的同时实现500倍的速度提升和10000倍的能效改进，使街道级精准预报成为可能。

Earth-2的项目地址

• 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的应用场景

• 气象预报服务：气象机构可基于Earth-2开源模型，使用本地数据进行微调，构建完全自主可控、符合本国地理特征的国家级天气预报系统。

• 极端天气预警：通过FourCastNet等模型提前三周预测台风、暴雨、热浪等极端天气事件，生成1000组集合预报成员，为防灾减灾争取宝贵响应时间。

• 清洁能源管理：精准预测风场和太阳辐照度变化，优化风电场和光伏电站的出力预测，提升可再生能源消纳能力。

• 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，减少气象灾害损失，提升作物产量和品质。

• 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。

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