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AI-GAMFS

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AI-GAMFS

模型介绍

AI-GAMFS 是机器学习驱动的全球气溶胶与气象预报系统。模型以三小时时间间隔生成五天气溶胶和气象预报。

论文：Advancing operational global aerosol forecasting with machine learning
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10234-y

模型描述

该模型由中国气象科学研究院、国家气象中心、NASA 等机构团队提出。模型使用 1980–2021 年 MERRA-2 的 54 个气溶胶和气象变量训练。模型通过 Vision Transformer、U-Net 和 3/6/9/12 小时 relay，适用于全球 AOD、气溶胶组分和空气质量预报。

适用场景

场景 说明
全球气溶胶预报 预测 AOD、组分光学厚度和地表浓度。
沙尘与烟霾 跟踪区域污染输送事件。
气象耦合 联合预测气溶胶与气象状态。
ModelScope/OneCode 运行 验证数据、训练、推理、气溶胶指标和可视化。
多卡训练 通过 torchrun 启动多进程训练。

使用说明

1.OneCode

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2.下载安装

modelscope download --model OneScience/AI-GAMFS --local_dir ./AI-GAMFS
cd AI-GAMFS

环境依赖

硬件要求

  • 推荐使用 GPU 或 DCU 运行。
  • CPU 可用于默认小样本配置的连通性验证。
  • DCU 用户需预先安装 DTK，建议使用 DTK 25.04.2 以上版本或与当前集群匹配的 OneScience 推荐版本。

DCU环境

# 请首先激活 DTK 及 Conda
conda create -n onescience311 python=3.11 -y
conda activate onescience311
pip install onescience[earth-dcu] -i http://mirrors.onescience.ai:3141/pypi/simple/ --trusted-host mirrors.onescience.ai

GPU环境

# 请首先激活 Conda
conda create -n onescience311 python=3.11 -y libstdcxx-ng=12 libgcc-ng=12 gcc_linux-64=12 gxx_linux-64=12
conda activate onescience311
pip install onescience[earth-gpu] -i http://mirrors.onescience.ai:3141/pypi/simple/ --trusted-host mirrors.onescience.ai

训练数据介绍

论文使用 1980–2023 年 MERRA-2 的 12 个气溶胶变量、6 个地表变量和 4 个九层高空变量，共 54 个通道。虚拟数据保留 54 通道、全球逻辑网格和四种 relay 时效，仅减少 tile、宽度和轮数。结果仅用于工程验证。

python scripts/fake_data.py

训练

单卡训练可使用：

python scripts/train.py

多卡训练可使用：

torchrun --standalone --nproc_per_node=2 scripts/train.py

训练分别优化 3、6、9、12 小时模型，单卡与双进程 DDP 均已通过。训练结果保存到：

result/checkpoints/ai_gamfs.pt
result/training/metrics.json

训练权重

本仓库不在 weight/ 中内置权重。论文未给出可直接加载的官方预训练权重链接，因此不提供权重链接。

推理

python scripts/inference.py

推理恢复 checkpoint 并生成 40 个三小时时效的 54 通道预报。推理结果保存到：

result/output/predictions.npz

评估和可视化

python scripts/result.py

评估计算 AOD RMSE 和相关系数并生成时效曲线，指标与 PNG 均通过有效性检查。评估结果保存到：

result/evaluation/metrics.json
result/evaluation/comparison.png

OneScience官方信息

平台 OneScience 主仓库 Skills 仓库
Gitee https://gitee.com/onescience-ai/onescience https://gitee.com/onescience-ai/oneskills
GitHub https://github.com/onescience-ai/OneScience https://github.com/onescience-ai/oneskills

引用与许可证

本仓库为 AI-GAMFS 公开规格的独立工程复现版本。

原始论文采用 CC BY-NC-ND 4.0 许可证；原始论文、官方代码、模型权重和相关数据仍应按照各自项目的许可证及使用条款使用。