WeatherNext 开源：气旋预报提前量达一天

预测危险气旋如何发展是一个长期难题，每一小时都至关重要。热带气旋（也称飓风或台风）是地球上破坏力最强的天气现象之一，过去 50 年在全球造成超过 70 万人死亡和 1.4 万亿美元经济损失。对预报员来说，及时准确的预警始终在与时间赛跑。

Google DeepMind 在《自然》发表的论文中展示了 WeatherNext AI 模型在预测气旋路径、强度和风场结构方面的顶尖准确性。平均而言，该模型能为预报员多争取一天预测时间：其三天的预报水平，相当于此前模型只能提前两天达到的水准。这一提升幅度大致相当于气象领域十年的进步。

这项工作是 Google DeepMind 和 Google Research 的 AI 研究者与工程师，同美国国家飓风中心（NHC）、大气合作研究所（CIRA）、英国气象局等机构的专业预报员合作完成的。

研究已在现实中产生影响。2025 年飓风季，该模型帮助 NHC 对飓风梅丽莎做出历史性预报，预测了风暴的快速增强和牙买加登陆，促使 NHC 提前发布预警，为当地团队争取了关键准备时间。今年，双方继续合作，目前针对每个气旋生成 1000 个可能情景，为预报员决策提供支持。

天气影响每一个人。鉴于这一广泛影响，Google DeepMind 决定开源飓风季中使用的 WeatherNext 2 和 WeatherNext Cyclones 模型。通过公开这项技术，他们希望赋能研究社区，让 AI 在建设更具韧性的社区方面发挥更大作用——无论是为地方预报员提供防灾工具，支持可再生能源发展，还是预判极端天气。

WeatherNext 如何预测天气与气旋

以 2024 年 10 月飓风米尔顿期间全球大气状态为起点，WeatherNext Cyclones 迭代预测全球天气模式和精细气旋路径，最长可提前 15 天。运行包含 1000 个成员的集合预报，可以生成从热带风暴到飓风级风力的局部概率图。

预测气旋通常需要在两种不同建模技术之间取舍。气旋路径由大规模全球大气环流引导，此前最适合用较粗糙的全球模型模拟；而气旋强度由其核心附近高度局地化的细尺度热力物理过程驱动，最适合用专门的高分辨率局地模型。

WeatherNext 通过提升全球天气整体预报，弥合了这一鸿沟。它是一个统一 AI 模型，能以最高精度预测热带气旋的路径、强度与风场结构。这一突破来自训练、架构以及低分辨率输入处理方式的独特组合。

该模型在 2023 至 2024 年的历史气旋上接受了评估，研究团队将其确定性和概率性表现与其他顶尖天气模型对比。平均而言，WeatherNext Cyclones 在预测气旋路径、强度和风场结构方面，获得超过一整天（24 小时）的提前量优势。

模型在两种不同数据模态上联合训练：全球天气动力学和专家整理的历史气旋观测。通过基于近 20 TB 全球大气数据和涵盖近 5000 个历史风暴的 IBTrACS 数据库进行端到端训练，模型学会了复杂的大气模式以及极端天气的建模方式。

气旋预报精度近几十年来稳步提升。图中展示了 ECMWF-ENS 路径预报和 HWRF 强度预报在多年间的 3 天精度，以及 WeatherNext Cyclones 如何在路径和强度两方面带来阶梯式改进。按照过去 20 年的趋势，这一改进相当于十年的进步。

模型使用功能生成网络（FGNs）高效生成不同预测的集合，以捕捉天气固有的不确定性。如今在 TPU 上生成单个 15 天预报不到一分钟，让预报员能快速评估潜在灾难性尾部风险的概率分布。去年系统每次生成 50 个预测，与全球物理模型相当；今年集合规模扩大到 1000 个成员，能够捕捉诸如 2025 年飓风梅丽莎快速增强那样罕见但后果严重的场景。

此前，超高空间分辨率被认为是实现准确强度预报的主要驱动力。但 WeatherNext Cyclones 仅需 28×28 公里的分辨率数据，比传统模型粗糙 100 倍。更小的版本 WeatherNext 2-mini 在 111×111 公里分辨率下同样表现优异。这让科学家感到意外，目前仍未完全理解该模型为何能在如此分辨率下做出准确预测，团队期待与研究社区共同解答。

向研究社区开放 WeatherNext

伴随《自然》论文，团队开源了代码和模型权重，供任何人自由使用和构建，包括学术研究、业务预报或开发更专业、更本地化的模型。他们希望加速全球天气社区的进步，帮助气象机构、研究人员和非营利组织更好地预测各类天气事件，做出保护生命和基础设施的关键决策。

同时发布的还有两个系列的相似模型：飓风季中运行的 WeatherNext Cyclones（结果见论文），以及 10 月投入业务化运行的后续更新版本 WeatherNext 2。此外，团队还发布了 WeatherNext 2-mini，一个可以在单个 TPU 上运行的紧凑版模型，并提供免费公共 Colab 笔记本。

用户可以在 Weather Lab 上探索最新的气旋预报。该工具最近更新了界面，并扩展到同时展示全球天气预报与气旋路径，让用户在一个视图中可视化 WeatherNext 对温度、降水、风速等的预测。Weather Lab 和 WeatherNext 模型都是 Google Earth AI 的一部分。

推动 AI 天气预报前沿

Google DeepMind 实现了历史性突破：气旋预测提前量增加超过一整天，相当于气象领域十年的进步。在备战未来风暴季之际，团队邀请研究人员、气象机构和专家合作，基于开源模型继续构建，并通过 Weather Lab 探索预报。将先进机器学习与人工预报员不可或缺的实践经验相结合，他们旨在打造一个协作式天气预报生态系统，拯救生命并帮助社区适应不断变化的气候。

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原文链接：Google DeepMind
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