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Nous présentons HiRO-ACEv2, la toute dernière mise à jour de notre système High Resolution Output Ai2 Climate Emulator (HiRO-ACE). HiROv2 peut reproduire avec une grande précision même les événements de pluie, de vent et de pression extrêmement rares, tandis que le système complet peut générer des données climatiques mondiales à 3 km pour environ 1/300e du coût de X-SHiELD, un modèle atmosphérique mondial à haute résolution qui simule explicitement les tempêtes et autres phénomènes météorologiques à petite échelle.
HiRO-ACE, présenté plus tôt en 2026, comprend deux parties : ACE, un modèle d'IA qui fonctionne à une résolution plus grossière de 100 km, et HiRO, un modèle qui affine ces sorties grossières en détails fins à 3 km. Le principal changement dans HiRO-ACEv2 est le nouveau modèle de descente d'échelle, HiROv2, qui peut désormais 1) prédire plusieurs champs à haute résolution à la fois au lieu de seulement les précipitations, ce qui lui permet de capturer un spectre beaucoup plus large de phénomènes météorologiques extrêmes, et 2) présente une capacité améliorée à prédire les événements extrêmes.
Notre objectif principal avec HiRO-ACEv2 était de bien simuler les événements extrêmes. Les modifications apportées à l'entraînement de HiROv2 ont amélioré sa capacité à reproduire les valeurs de pluie, de vent et de pression les plus intenses. Lorsqu'on lui fournit des données X-SHiELD dégradées en résolution, il reproduit les statistiques haute résolution de la simulation cible à moins de 3 % près, y compris pour des événements si rares qu'ils ne surviennent qu'une fois par million de points de données. Il estime également avec précision l'énergie totale des cyclones tropicaux, y compris des tempêtes qu'il n'a jamais vues pendant l'entraînement, et génère des ouragans avec des yeux et des bandes de pluie réalistes, bien que les vents et la pression autour de l'œil demeurent quelque peu plus asymétriques que dans X-SHiELD. De plus, HiROv2 génère de manière réaliste les vents forts dévalant les pentes des montagnes.
Nous avons également entraîné une version mise à jour d'ACE pour ce système. Sur une simulation de 10 ans, ses ouragans, ses motifs climatiques moyens et ses distributions globales de pluie, de vent et de pression concordent bien avec X-SHiELD. Cela nous indique que les simulations grossières d'ACE constituent une base solide pour produire des données climatiques haute résolution à long terme.
En combinant HiROv2 et ACE, nous avons généré une année complète de données mondiales à 3 km. Ses statistiques correspondent étroitement à celles de X-SHiELD, même si HiRO travaillait à partir d'une simulation qu'ACE a exécutée de manière autonome plutôt qu'à partir de données X-SHiELD réelles. Sur une simulation de 10 ans, l'énergie des ouragans de HiRO-ACEv2 est comparable à celle de X-SHiELD sur la même période, et des instantanés de cette simulation montrent une variété d'autres événements extrêmes ressemblant à ceux de X-SHiELD.
Exemple d'un ouragan puissant dans l'Atlantique Nord, généré lors de la simulation HiRO-ACEv2 de 10 ans.
Dans l'ensemble, HiRO-ACEv2 offre aux chercheurs un moyen flexible et peu coûteux de générer de nombreuses versions de données de pluie, de vent et de pression haute résolution pour des événements extrêmes sur 10 ans ou plus. Produire des données mondiales haute résolution avec ce système coûte environ 300 fois moins cher que d'exécuter X-SHiELD. Si une seule région est nécessaire, les économies peuvent être plus de cent fois supérieures, selon la taille de la zone. Nous travaillons également sur une version rationalisée de HiROv2 qui pourrait le rendre encore plus de dix fois plus rapide.
Il nous reste encore du travail à accomplir : comme HiRO a appris à partir de X-SHiELD, il ne fonctionne qu'avec la version d'ACE ajustée pour correspondre à X-SHiELD. Cela signifie qu'il ne peut pas encore produire de données haute résolution pour d'autres climats, tels qu'un avenir plus chaud ou les archives historiques de jeux de données comme ERA5. Ensuite, nous prévoyons de nous entraîner sur de nouveaux jeux de données X-SHiELD, dont un simulant un monde 4°C plus chaud, afin que le système puisse gérer différents climats. Nous prévoyons également d'ajouter des sorties telles que la température près de la surface ainsi que la neige et la glace, ce qui permettrait encore plus d'utilisations, comme la prédiction du manteau neigeux.
Visualiser et utiliser les sorties de HiRO
Vitesse du vent à 10 m simulée sur la Basse-Californie dans le visualiseur de données ACE : ACE2 à une résolution de 100 km sur la carte principale et HiRO-ACEv2 à 3 km dans l'encart.
Une tempête simulée sur le nord-est du Pacifique dans le visualiseur de données ACE. La carte principale montre la vitesse du vent à 10 m à une résolution de 100 km ; l'encart HiRO-ACEv2 à 3 km montre une structure plus fine au sein de la tempête.
Pour faciliter la visualisation de ce que HiRO produit sans exécuter la moindre inférence, nous avons créé une démo web qui présente côte à côte les sorties de précipitations, de vent et de pression au niveau de la mer pré-générées par HiROv1 et HiROv2 avec X-SHiELD, la simulation sur laquelle ils ont été entraînés. La démo complète les comparaisons quantitatives de notre rapport technique : elle offre une vérification visuelle rapide de l'apparence des sorties et permet aux utilisateurs de zoomer sur leur région d'intérêt pour en évaluer les performances.
Pour des analyses plus approfondies, les modèles sont disponibles en téléchargement, et nos notebooks tutoriels expliquent comment les exécuter.