AI による気象や気候予測は、世界中の科学者、スタートアップ企業、開発者、企業、政府機関にとって、これまで以上に身近なものとなっています。
NVIDIA は、アメリカ気象学会年次総会において、気象や気候 AI 向けのオープンモデル、ライブラリ、フレームワークからなる新しい NVIDIA Earth-2 ファミリーを発表しました。これは、世界初の完全にオープンで高速化された気象 AI ソフトウェア スタックです。
NVIDIA Earth-2 Nowcastingモデルは、衛星データとレーダー データでトレーニングされた生成 AI を活用し、現実的な雲と降雨システムの進化を予測し、嵐の発生と組織化を予測する方法を学習します。
これらのオープン テクノロジ (事前トレーニング済みモデル、フレームワーク、カスタマイズ レシピ、推論ライブラリなど) は、初期観測データの処理から 15 日間の世界予報や局所的な嵐の予報の生成まで、すべての予報段階を加速します。
これまで、気象予報は物理ベースのモデルを実行する強力なスーパーコンピューターに依存してきました。AI を活用した気象予報は、計算時間とコストを大幅に削減し、より多くの国、気象関連企業、企業がアプリケーション固有の予報システムを運用できるようにします。
NVIDIA Earth-2 は、組織が自社のインフラ上で実行、ファインチューニング、展開できるよう、本番環境に対応した気象 AI に完全にアクセスできるようにする、初のオープンで高速化されたモデルとツールのセットであり、開発者が様々な気象および気候 AI 機能を統合できるようにします。
NVIDIA Earth-2 Medium Range を用いた、様々な気象変数 (水蒸気量、風速、比湿) の予測結果と、ERA5 再解析データの比較。
これは、気象予測の迅速化、予測精度の向上、連携の促進、そして科学者による地球の大気の状態に関する総合的な理解の深化に向けた、先駆的な取り組みです。
様々な業界の開発者が、Earth-2 を活用して気象を予測し、実用的な知見を獲得しています。これには、AI 気象ツール プロバイダーの Brightband、イスラエル気象局、台湾中央気象局、The Weather Company、米国国家気象局 (NWS) といった気象予報機関、エネルギー予測および送電網運用企業の TotalEnergies、Eni、GCL、および日立と連携している Southwest Powerpool、エネルギー取引ソリューション プロバイダーの Jua と Metdesk、そして金融リスクおよびインテリジェンス企業の AXA、JBA Risk Management (The Flood People)、S&P Global Energy などが含まれます。
Earth-2 ファミリーに新たなオープン モデルが登場
本日発表された Earth-2 の新しいオープン気象モデルは以下のとおりです。
- Earth-2 Medium Range：Atlas と呼ばれる新しいモデル アーキテクチャを搭載し、気温、気圧、風速、湿度など 70 以上の気象変数を対象に、中期予報 (最大 15 日先までの予報) における高精度な気象予測を可能にします。標準ベンチマークでは、業界で測定される最も一般的な予報変数において、主要なオープン モデルを凌駕しています。研究論文をご覧ください。
- Earth-2 Nowcasting：StormScope と呼ばれる新しいモデル アーキテクチャを搭載し、生成 AI を用いて、国規模の予報をキロメートル解像度の 0～6 時間先までの局所的な嵐や危険な気象の予報にわずか数分で変換します。Earth-2 Nowcasting は、嵐の力学を直接シミュレーションすることで、短期降水量予測において従来の物理ベースの気象予測モデルを上回る性能を実現した初のモデルです。AI を活用して衛星画像やレーダー画像を直接予測します。研究論文をご覧ください。
- Earth-2 Global Data Assimilation は、HealDA と呼ばれる新しいモデル アーキテクチャを搭載し、気象予測の初期条件 (地球上の数千地点における気温、風速、湿度、気圧などの現在の大気のスナップ ショット) を生成します。Earth-2 Global Data Assimilation は、スーパーコンピューターで数時間かかる初期条件を GPU により数秒で生成できます。Earth-2 Medium Range と組み合わせることで、オープンで完全な AI パイプラインによって生成される、最も高度な予測が可能になります。研究論文をご覧ください。
Earth-2 Nowcasting による予報の例。リアルな雲と降雨システムを示し、嵐の発生と組織化の様子を表す。
これらは、NVIDIA Earth-2 スタックの既存のオープン気象モデルに加わります。
- Earth-2 CorrDiff は、CorrDiff と呼ばれる生成 AI アーキテクチャを使用して、粗解像度の大陸規模の予測を高解像度の地域規模の気象場へとダウンスケールします。これにより、従来の方法よりも最大 500 倍高速に、局所的な予報に必要なきめ細かな解像度を提供します。
- Earth-2 FourCastNet3 は、風、気温、湿度など、さまざまな気象変数に対して高い予測精度を提供し、主要な従来のアンサンブル モデルを凌駕し、拡散ベースのトップクラスの手法に匹敵する一方で、これらの手法よりも最大 60 倍高速に予報を生成します。
Earth-2 は、欧州中期予報センター (ECMWF) 、Microsoft、Google などのオープン モデルも統合しています。さらに、Earth-2 モデルは、大規模な AI フィジックス モデル開発のためのオープンソース Python フレームワークである NVIDIA PhysicsNeMo を使用してトレーニングおよびファインチューニングすることができます。
NVIDIA Earth-2 Global Data Assimilation は、衛星、気象観測気球、気象観測所から得られる地球観測データの複雑なパターンを示します。AI モデルは、これらのデータを滑らかで連続的な大気状態の推定値に変換し、そこから予報を開始します。
気象インテリジェンスのためのオープンなエコシステム
正確な気象予報は、人命救助と環境保護に役立ち、農業、エネルギー、公衆衛生、その他の産業における意思決定の基盤となります。
研究者、気象機関、気候技術イノベーター、そして企業は、すでにこれらの最先端モデルを運用、ファインチューン、そして構築し、独自のローカル AI インフラを用いて科学的ブレークスルーを実現しています。
気象予報
AI 気象ツール プロバイダーの Brightband は、NVIDIA Inception プログラムの Sustainable Futures イニシアチブのメンバーであり、Earth-2 Medium Range を運用して、現実世界の地球規模の予報を毎日提供しています。
Brightband の共同創設者兼 CEO である Julian Green 氏は次のように述べています。「予報のための新しい AI 気象ツールの革命は非常に刺激的で、NVIDIA Earth-2 Medium Range のような新しいモデルによって加速を続けています。Brightband は、Earth-2 Medium Range を運用する最初の企業の 1 つです。このモデルはオープンソースであるため、イノベーションが加速し、気象事業の他のメンバーによる比較や改善が容易になります」
イスラエル気象局は、Earth-2 CorrDiff を運用しており、Earth-2 Nowcasting の導入も計画しています。これにより、1 日最大 8 回、高解像度の予報を生成することで、意思決定者は異常気象へのより効果的な対応と、計算コストの削減が可能になります。
イスラエル気象局の局長である Amir Givati 氏は次のように述べています。「NVIDIA Earth-2 モデルは、CPU クラスタ上で AI なしの従来の数値気象予測モデルを実行する場合と比較して、2.5 km 解像度で計算時間を 90% 削減します。最近の暴風雨の後、CorrDiff でトレーニングした AI モデルは、6 時間の積算降水量の検証において、すべての運用モデルの中で最良の結果を示しました」
また、The Weather Company は、局所的な悪天候への対応に Earth-2 Nowcasting を検証しており、NWS は運用ワークフローの強化に新しいモデルを検証しています。
エネルギー予測とグリッド運用
TotalEnergies は、短期的なリスク認識と意思決定を向上させるために Earth-2 Nowcasting を検証しています。
TotalEnergies の気候および気象予測製品マネージャーである Emmanuel Le Borgne 氏は次のように述べています。「NVIDIA Earth-2 は、高度な気象インテリジェンスを大規模に運用する方法において大きな前進です。Earth-2 Nowcasting のようなモデルは、数分単位や地域的な影響が重要となるエネルギー システムにおける短期的なリスク認識と意思決定を向上させるため、私たちのビジネスにとって画期的なものです」
Eni は、FourCastNet や CorrDiff を含む Earth-2 モデルを集中的にテストし、予測の半運用段階におけるダウンスケーリングを実施しています。これにより、数週間先の気象とガス需要に関する確率的かつ高解像度の予測が可能になります。
中国最大の太陽光発電材料メーカーであり、世界的な総合エネルギー事業者である GCL は、自社の太陽光発電予測システムに NVIDIA Earth-2 モデルを運用しています。従来の数値気象予測と比較して、Earth-2 はより低コストでより正確な予測データを提供し、GCL 社の太陽光発電予測の精度を大幅に向上させています。
Southwest Power Pool は、日立と共同で、Earth-2 Nowcasting と FourCastNet3 を活用し、日中および翌日の風力予測の精度向上に取り組んでいます。この取り組みは、Southwest Power Pool が送電網の信頼性向上と、SPP (太陽光発電所) の運用拠点全体における、より情報に基づいた運用上の意思決定を支援するというコミットメントを支えています。
財務影響評価
S&P Global Energy は、NVIDIA Earth-2 CorrDiff を活用し、気候データをリスク評価のための地域的な洞察に変換しています。世界的な保険グループ AXA は、モデル評価、方法論開発、既存技術のベンチマークに関する研究開発プログラムの一環として、FourCastNet を使用して数千の仮想ハリケーンのシナリオを生成しています。
NVIDIA Earth-2 を活用する
NVIDIA は、Earth-2 を通じて、気象 AI の分野で革新を起こす開発者や科学者に、最先端のオープンモデル、データ、ツールを提供しています。これは、NVIDIA Nemotron、NVIDIA Cosmos、NVIDIA Isaac GR00T、NVIDIA Alpamayo、NVIDIA Clara といったモデル ファミリーが、それぞれエージェント型 AI、フィジカル AI、ヒューマノイド ロボティクス、自律走行車、バイオメディカル AI の分野におけるイノベーションのためのオープンな基盤を提供しているのと同様です。
NVIDIA Earth-2 オープンモデルの使い方については、こちらの技術ブログとチュートリアルをご覧ください。
Earth-2 Medium Range および Nowcasting は、NVIDIA Earth2Studio、Hugging Face、GitHub で公開されています。Earth-2 Global Data Assimilation は、今年後半にリリース予定です。
AI 支援エンジニアリング と NVIDIA Earth-2 の詳細については、1 月 29 日 (木) までヒューストンで開催されている AMS で公開しています。
ソフトウェア製品情報については、お知らせをご覧ください。