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FuXi-Weather

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FuXi-Weather

模型介绍

FuXi-Weather 是从原始卫星观测到全球天气预报的机器学习系统。系统联合 FuXi-DA 分析和 FuXi Short/Medium 级联预报。

论文：A data-to-forecast machine learning system for global weather
https://doi.org/10.1038/s41467-025-62024-1

模型描述

该系统由上海科学智能研究院、复旦大学、中国气象局等团队提出。模型使用 ERA5、三颗极轨卫星微波亮温和 GNSS-RO 数据训练。模型通过掩码观测潜空间同化和级联预报，适用于六小时循环分析与十天全球天气预报。

适用场景

场景 说明
卫星数据同化 融合稀疏观测和背景场。
全球预报 级联执行短期和中期预报。
循环分析 每六小时更新全球分析场并启动新预报。
ModelScope/OneCode 运行 验证结构化数据、训练、推理、天气指标和可视化流程。
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/FuXi-Weather --local_dir ./FuXi-Weather
cd FuXi-Weather

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。

DCU环境

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

conda create -n onescience311 python=3.11 -y libstdcxx-ng=12 libgcc-ng=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 0.25° ERA5、极轨卫星微波亮温和 GNSS-RO，并以 8 小时观测窗执行六小时循环同化。虚拟数据保留观测、掩码、背景场、全球逻辑 shape 和级联协议，仅减少 tile、通道工程账本和 rollout。结果仅用于工程验证，不代表论文性能。

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 --nproc_per_node=2 --nnodes=1 --master_addr="localhost" --master_port=29500 scripts/train.py

训练实际联合优化分析和预报目标，单卡与双进程 DDP 均已通过。训练结果保存到：

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

训练权重

本仓库不在 weight/ 中内置权重。论文作者公开的 FuXi 模型位于 https://zenodo.org/records/10401602 ，本文使用的 FuXi Weather 模型位于 https://zenodo.org/records/15762985 。

推理

python scripts/inference.py

推理恢复 checkpoint，并在 Short/Medium 切换点执行 12 个工程时效。输出 [2,12,20,16,16] 已通过 shape 和有限数值检查。推理结果保存到：

result/output/predictions.npz

评估和可视化

python scripts/result.py

评估计算逐时效 RMSE 并生成误差曲线，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 FuXi-Weather 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。