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私たちは HiRO-ACEv2を発表します。これはHigh Resolution Output Ai2 Climate Emulator(HiRO-ACE)システムの最新アップデートです。HiROv2は、極めて稀な雨、風、気圧のイベントでさえ高精度に再現でき、システム全体では、嵐などの小規模な気象を明示的にシミュレーションする高解像度全球大気モデルX-SHiELDの約1/300のコストで、全球3 kmの気候データを生成できます。
HiRO-ACEは 2026年の先に紹介したように、2つの部分から成ります。より粗い100 km解像度で動作するAIモデルACEと、その粗い出力を3 kmの細かいディテールに鋭敏化するモデルHiROです。HiRO-ACEv2での最大の変更点は、新しいダウンスケーリングモデルHiROv2であり、1)降雨だけでなく複数の高解像度フィールドを一度に予測できるようになり、はるかに広範な極端な気象を捉えられるようになったこと、そして2)極端なイベントの予測精度が向上したことです。
私たちがHiRO-ACEv2で最も重視したのは、極端な事象を正確にシミュレートすることでした。HiROv2の学習方法を変更したことで、最も激しい雨、風、気圧の値を再現する能力が向上しました。粗視化したX-SHiELDデータを与えると、1,000,000データポイントに1回しか発生しないような希少な事象であっても、目標とするシミュレーションの高解像度統計と3%以内の誤差で一致します。また、熱帯低気圧の総エネルギーも正確に推定できます。これには学習時に一度も見たことのない暴風雨も含まれ、現実的な目と雨帯を持つハリケーンを生成しますが、目の周辺の風と気圧はX-SHiELDに比べてやや非対称なままです。さらに、HiROv2は山の斜面を吹き下ろす強風も現実的に生成します。
このシステムのために、ACEの更新版もトレーニングしました。10年シミュレーションにおいて、そのハリケーン、平均的な気候パターン、および雨、風、気圧の全体的な分布はすべてX-SHiELDとよく一致しています。これは、ACEの粗いシミュレーションが長期の高解像度気候データを生成するための確固たる基盤であることを示しています。
HiROv2とACEを組み合わせて、1年分の全球3 kmデータを生成しました。HiROが実際のX-SHiELDデータではなくACEが独自に実行したシミュレーションを入力として作業したにもかかわらず、その統計はX-SHiELDのものと密接に一致しています。10年のランにわたって、HiRO-ACEv2のハリケーンのエネルギーは同期間のX-SHiELDと匹敵し、そのランからのスナップショットは、X-SHiELDのものに類似したさまざまな他の極端なイベントを示しています。
10年のHiRO-ACEv2シミュレーション中に生成された、北大西洋の強いハリケーンの例。
全体として、HiRO-ACEv2は、10年以上にわたる極端なイベントの高解像度の雨、風、気圧データの多くのバージョンを生成するための、柔軟で低コストな手段を研究者に提供します。これを使って全球高解像度データを生成するコストは、X-SHiELDを実行する場合の約300分の1です。1つの地域だけが必要な場合は、面積の大きさに応じて、節約はさらに100倍以上になることがあります。また、HiROv2をさらに10倍以上高速にする可能性のある効率化版にも取り組んでいます。
将来の作業はまだ残っています。HiROはX-SHiELDから学習したため、X-SHiELDに合わせて調整されたバージョンのACEでしか動作しないのです。つまり、より温暖な未来や、ERA5のようなデータセットの過去の記録など、他の気候の高解像度データはまだ生成できません。次に、4°C温暖な世界をシミュレートしたものを含む新しいX-SHiELDデータセットでトレーニングし、システムが異なる気候を扱えるようにする予定です。また、地表付近の気温や雪・氷などの出力の追加も計画しており、これにより積雪予測などのさらなる利用が可能になります。
HiRO出力の可視化と利用
ACEデータビジュアライザーで表示したバハ・カリフォルニア上空のシミュレーションされた10 m風速: メインマップは100 km解像度のACE2、インセットは3 kmのHiRO-ACEv2。
ACEデータビジュアライザーで表示した北東太平洋上のシミュレーションされた嵐。メインマップは100 km解像度の10 m風速を示し、3 kmのHiRO-ACEv2インセットは嵐の内部のより細かい構造を示しています。
推論を実行せずにHiROの出力を簡単に確認できるよう、私たちは ウェブデモ を構築しました。これは、HiROv1とHiROv2の事前生成された降水、風、海面気圧の出力を、それらのトレーニングに使われたシミュレーションであるX-SHiELDと並べて表示します。このデモは、技術レポートの定量的な比較を補完するもので、出力の見た目を手早く視覚的に確認でき、ユーザーは自分の関心のある地域にズームインしてその地域での性能を判断できます。
より詳細な分析のために、モデルは ダウンロード可能で、私たちの チュートリアルノートブック では実行方法を順を追って説明しています。