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ClimateNet

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ClimateNet

模型介绍

ClimateNet 是专家标注的极端天气数据集与像素级分割模型。模型识别热带气旋、大气河和背景区域。

论文：ClimateNet: an expert-labeled open dataset and deep learning architecture for enabling high-precision analyses of extreme weather
https://doi.org/10.5194/gmd-14-107-2021

模型描述

该模型由 LBNL、UC Berkeley、ETH Zurich、NVIDIA、NCAR 等团队提出。模型使用 CAM5.1 的四通道气候场和专家标注掩码训练。模型通过 DeepLabv3+ 语义分割，适用于热带气旋与大气河检测及条件降水分析。

适用场景

场景 说明
极端天气分割 识别 TC、AR 和背景像素。
气候情景分析 将模型迁移到不同增暖情景。
条件降水分析 按事件掩码提取降水统计。
ModelScope/OneCode 运行 验证数据、训练、推理、分割指标和可视化。
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/ClimateNet --local_dir ./ClimateNet
cd ClimateNet

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

论文输入为 CAM5.1 的 TMQ、U850、V850 和 PRECT，逻辑 shape 为 [4,1152,768]，标签为 BG、TC 和 AR。虚拟数据保持四通道、三分类和原坐标 tile，仅减少样本和执行网格。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

训练使用加权交叉熵并完成单卡和双进程 DDP 验证。训练结果保存到：

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

训练权重

本仓库不在 weight/ 中内置权重。作者在 https://portal.nersc.gov/project/ClimateNet/ 提供训练模型与数据。

推理

python scripts/inference.py

推理输出 [4,96,96] 三类掩码和概率，保留 tile 原坐标与不完整全球标志。推理结果保存到：

result/output/predictions.npz

评估和可视化

python scripts/result.py

评估计算逐类 IoU 和 mean IoU，并生成真值与预测对比图。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 ClimateNet 公开规格的独立工程复现版本。

原始论文采用 CC BY 4.0 许可证；原始论文、官方模型、代码和数据仍应按照各自项目的许可证及使用条款使用。