Con una simulación más detallada del clima de la Tierra, los científicos e investigadores pueden predecir y mitigar mejor los efectos del cambio climático.
NVIDIA aporta más claridad a este trabajo con cBottle, abreviatura de Climate in a Bottle, el primer modelo de base de IA generativa del mundo diseñado para simular el clima global con una resolución kilométrica.
Como parte de la plataforma NVIDIA Earth-2, el modelo puede generar estados atmosféricos realistas que se pueden condicionar a entradas como la hora del día, el día del año y las temperaturas de la superficie del mar. Esto ofrece una nueva forma de entender y anticipar los sistemas naturales más complejos de la Tierra.
La plataforma Earth-2 cuenta con una pila de software y herramientas que combinan el poder de la IA, la aceleración de la GPU, las simulaciones físicas y los gráficos por computadora. Esto ayuda a permitir la creación de gemelos digitales interactivos para simular y visualizar el clima, así como para ofrecer predicciones climáticas a escala planetaria. Con cBottle, estas predicciones se pueden hacer miles de veces más rápido y con más eficiencia energética que los modelos numéricos tradicionales, sin comprometer la precisión.
Las principales instituciones de investigación científica, incluido el Instituto Max-Planck de Meteorología (MPI-M) y el Instituto Allen para la IA (Ai2), están explorando cBottle para comprimir, destilar y convertir los datos de observación de la Tierra y las simulaciones climáticas de ultra alta resolución en un sistema consultable e interactivo de IA generativa.
cBottle se probó sobre el terreno en el Hackathon Global KM-Scale del Programa Mundial de Investigación Climática. El evento se organizó en ocho países y 10 centros de simulación climática con el objetivo de avanzar en el análisis y desarrollo de modelos del sistema terrestre de alta resolución y ampliar el acceso a datos climáticos de alta resolución y alta fidelidad.
Revolucionando el Modelado Climático con IA
Tradicionalmente, la computación climática requiere mucho tiempo, mano de obra y computación, y requiere un análisis sofisticado de decenas de petabytes de almacenes de datos.
cBottle, que incorpora la aceleración de GPU NVIDIA y la pila NVIDIA Earth-2 altamente optimizada, utiliza IA avanzada para comprimir cantidades masivas de datos de simulación climática. Es capaz de reducir petabytes de datos hasta 3.000 veces para una muestra meteorológica individual, lo que se traduce en una reducción del tamaño de los datos de 3.000.000 de veces para una colección de 1.000 muestras.
cBottle se entrenó en simulaciones climáticas físicas de alta resolución, así como en estimaciones restringidas por medición de los estados atmosféricos observados durante los últimos 50 años.
El modelo puede completar datos climáticos faltantes o dañados, corregir modelos climáticos sesgados, superresolver datos climáticos de baja resolución y sintetizar información basada en patrones y observaciones previas. La extrema eficiencia de los datos de cBottle permite el entrenamiento en solo cuatro semanas de simulaciones climáticas a escala kilométrica.
Colaboración Global para Lograr un Impacto a Escala Planetaria
Las principales instituciones climáticas están utilizando NVIDIA Earth-2 para avanzar en la simulación climática.
MPI-M ha aprovechado Earth-2 para ser pionero en el modelado climático a escala kilométrica, utilizando su modelo de sistema terrestre ICON. Aprovechando la aceleración de la GPU de NVIDIA y las optimizaciones de rendimiento, los investigadores de MPI-M dirigieron un equipo que realizó las primeras simulaciones a escala kilométrica de todo el sistema terrestre, simulando y visualizando el clima de la Tierra con un detalle notable.
«Frente a un clima que cambia rápidamente, el último progreso con Earth-2 representa un salto transformador en nuestra capacidad para comprender, predecir y adaptarnos al mundo que nos rodea», dijo Bjorn Stevens, director del Instituto Max Planck de Meteorología. «Al aprovechar la IA avanzada y la computación acelerada de NVIDIA, estamos construyendo un gemelo digital del planeta, marcando una nueva era en la que la ciencia climática se vuelve accesible y accionable para todos, lo que permite tomar decisiones informadas que salvaguardan nuestro futuro colectivo».
Ai2 y NVIDIA están colaborando para acelerar y mejorar el modelado climático utilizando la pila de IA de Earth-2 y las GPU, centrándose en hacer que las simulaciones climáticas sean más rápidas, más eficientes energéticamente y más accesibles a altas resoluciones. Esto es fundamental para la investigación científica y las aplicaciones prácticas en la predicción meteorológica y la resiliencia climática.
«La planificación para el cambio climático desafía a las sociedades de todo el mundo», dijo Christopher Bretherton, director senior de modelado climático de Ai2. «cBottle es un uso elegante de la IA generativa y un nuevo y emocionante recurso para simular de manera eficiente el clima extremo local, como inundaciones, lluvias o vientos cálidos y secos que propagan incendios forestales».
Con cBottle en NVIDIA Earth-2, los desarrolladores pueden crear gemelos digitales climáticos para explorar y visualizar datos climáticos a escala kilométrica de forma interactiva, así como predecir posibles escenarios con baja latencia y alto rendimiento.
El modelo de base de maquillaje cBottle está disponible para acceso anticipado. Los investigadores de IA climática interesados en volver a entrenar el modelo pueden acceder al código base de cBottle desde GitHub y el preprint en arXiv.