Com uma simulação mais detalhada do clima da Terra, cientistas e pesquisadores podem prever e minimizar melhor os efeitos das mudanças climáticas.
A NVIDIA está trazendo mais clareza a este trabalho com o cBottle, abreviação de Climate in a Bottle, o primeiro modelo de base de IA generativa do mundo projetado para simular o clima global com resolução de quilômetros.
Parte da plataforma NVIDIA Earth-2, o modelo pode gerar estados atmosféricos realistas que podem ser condicionados a entradas como a hora do dia, o dia do ano e as temperaturas da superfície do mar. Isso oferece uma nova maneira de entender e antecipar os sistemas naturais mais complexos da Terra.
A plataforma Earth-2 apresenta um stack de software e ferramentas que combinam o poder da IA, aceleração de GPU, simulações físicas e computação gráfica. Isso ajuda a permitir a criação de gêmeos digitais interativos para simular e visualizar o clima, além de fornecer previsões climáticas em escala planetária. Com o cBottle, essas previsões podem ser feitas milhares de vezes mais rápido e com mais eficiência energética do que os modelos numéricos tradicionais, sem comprometer a precisão.
As principais instituições de pesquisa científica, incluindo o Instituto Max-Planck de Meteorologia (MPI-M) e o Instituto Allen de IA (Ai2), estão explorando o cBottle para comprimir, destilar e transformar dados de observação da Terra e simulações climáticas de ultra-alta resolução em um sistema interativo e consultável de IA generativa.
O cBottle foi testado em campo no Hackathon Global KM-Scale do Programa Mundial de Pesquisa Climática. O evento foi organizado em oito países e 10 centros de simulação climática com o objetivo de avançar na análise e desenvolvimento de modelos de sistemas terrestres de alta resolução e ampliar o acesso a dados climáticos de alta resolução e alta fidelidade.
Revolucionando a Modelagem Climática com IA
A computação climática é tradicionalmente intensiva em tempo, trabalho e computação, exigindo análise sofisticada de dezenas de petabytes de armazenamentos de dados.
O cBottle, incorporando aceleração de GPU NVIDIA e o stack NVIDIA Earth-2 altamente otimizado, usa IA avançada para compactar grandes quantidades de dados de simulação climática. Ele é capaz de reduzir petabytes de dados em até 3.000 vezes para uma amostra meteorológica individual, traduzindo-se em uma redução de tamanho de dados de 3.000.000 vezes para uma coleção de 1.000 amostras.
O cBottle foi treinado em simulações climáticas físicas de alta resolução, bem como estimativas restritas de estados atmosféricos observados nos últimos 50 anos.
O modelo pode preencher dados climáticos ausentes ou corrompidos, corrigir modelos climáticos tendenciosos, resolver dados climáticos de baixa resolução e sintetizar informações com base em padrões e observações anteriores. A extrema eficiência de dados do cBottle permite o treinamento em apenas quatro semanas de simulações climáticas em escala de quilômetros.
Colaboração Global para Impacto em Escala Planetária
As principais instituições climáticas estão usando o NVIDIA Earth-2 para avançar na simulação climática.
O MPI-M aproveitou a Terra-2 para ser pioneiro na modelagem climática em escala de quilômetros, usando seu modelo de sistema ICON Earth. Aproveitando a aceleração da GPU NVIDIA e as otimizações de desempenho, os pesquisadores da MPI-M lideraram uma equipe que realizou as primeiras simulações em escala de quilômetros de todo o sistema terrestre, simulando e visualizando o clima da Terra com detalhes notáveis.
“Diante de um clima em rápida mudança, o progresso mais recente com o Earth-2 representa um salto transformador em nossa capacidade de entender, prever e nos adaptar ao mundo ao nosso redor”, disse Bjorn Stevens, diretor do Instituto Max Planck de Meteorologia. “Ao aproveitar a IA avançada e a computação acelerada da NVIDIA, estamos construindo um gêmeo digital do planeta, marcando uma nova era em que a ciência climática se torna acessível e acionável para todos, permitindo decisões informadas que protegem nosso futuro coletivo.”
A Ai2 e a NVIDIA estão colaborando para acelerar e aprimorar a modelagem climática usando o stack de IA do Earth-2 e as GPUs, com foco em tornar as simulações climáticas mais rápidas, mais eficientes em termos de energia e mais acessíveis em altas resoluções. Isso é fundamental para pesquisas científicas e aplicações práticas em previsão do tempo e resiliência climática.
“O planejamento para as mudanças climáticas desafia as sociedades em todo o mundo”, disse Christopher Bretherton, diretor sênior de modelagem climática da Ai2. “O cBottle é um uso elegante de IA generativa e um novo recurso empolgante para simular com eficiência o clima extremo local, como chuvas torrenciais ou ventos quentes e secos que espalham incêndios florestais.”
Usando o cBottle no NVIDIA Earth-2, os desenvolvedores podem criar gêmeos digitais climáticos para explorar e visualizar interativamente dados climáticos em escala de quilômetros, bem como prever possíveis cenários em baixa latência e com alto rendimento.
O modelo de base cBottle está disponível para acesso antecipado. Pesquisadores de IA climática interessados em treinar novamente o modelo podem acessar a base de código cBottle no GitHub e a pré-impressão na arXiv.