曼彻斯特大学用NVIDIA Earth-2预测英国空气污染
空气污染是一个严重的公共卫生风险，仅在英国去年就造成了大约30,000人死亡。数据驱动的见解可以提供帮助——但是使用传统基于化学的模型计算空气质量成本很高，这限制了它们的详细程度和运行频率。
曼彻斯特大学地球与环境科学系教授大卫·托平注意到NVIDIA（英伟达）Earth-2开放人工智能模型和工具系列已经解决了天气预报的相关问题——并询问相同的生成框架是否可以用于污染场景。
"预报空气质量所需的计算是最大的挑战，"托平说。"一旦你把化学计算融入天气模型，它们就会变得非常、非常缓慢。所以我说，我们为什么不尝试使用NVIDIA为气候和天气开发的生成框架来用于污染场景呢？"
与NVIDIA Earth-2团队合作，托平和同事们从现有的化学气候模拟中生成了训练数据，然后在Isambard-AI（英国在布里斯托的国家人工智能超级计算机）上训练了Earth-2 CorrDiff——一个生成式降尺度模型。
该模型第一次尝试就成功了。
该团队随后添加了Earth-2 StormCast，一个能够进行直接使用空气质量观测数据的时间相关预报的模型，并展示了在NVIDIA DGX Spark个人人工智能超级计算机上运行的测试训练和推理工作流程。
"为了改善人类健康，必须理解我们呼吸的空气中环境压力源的影响，"托平说。"我们的英国范围污染模型使我们能够模拟潜在的未来情景，例如预测不同的污染相关政府政策变化实施时会发生什么。"
视频来源：布里斯托尔超级计算中心（BriCS）@ 布里斯托尔大学
另一个潜在的应用是为医疗卫生组织提供主动的空气质量见解。托平设想了一个情景，其中地区和国家医疗卫生服务可以联系患有哮喘等疾病的患者，告知他们明天或下周他们所在地区的空气污染将会很高。
该团队还在探索空气污染模型如何与边缘人工智能设备的数据配对，以摄取实时空气质量数据并驱动实时决策制定，例如在野火发生时。
"这个模型在Isambard-AI上两天内训练完成——现在可以在放在桌子上的DGX Spark上运行——这改变了谁可以做这项科学工作以及多快就能完成，"NVIDIA天气和气候开发者关系经理尼尔·罗宾逊说。"我们只是刚刚开始探索这些开放工作流在全球范围内能做什么。"
"能够从一个NVIDIA框架切换到另一个框架真的印象深刻，"曼彻斯特大学博士生张浩说，他在Isambard-AI上训练了StormCast。"我们才刚刚开始探索如何以不同的方式使用这些框架来模拟复杂的污染场景。"
从国家超级计算机到桌面
为了为空气污染重新训练Earth-2模型，托平和团队使用了一年份的英国污染数据，以小时间隔进行模拟，以生成分辨率为2-3平方公里的详细英国范围污染模型。
在Isambard-AI上的单个8GPU节点上运行——英国最强大的人工智能超级计算机，配备5,448个NVIDIA GH200 Grace Hopper超级芯片，提供21艾字浮点的人工智能性能——该过程只用了两天。
"Earth-2 CorrDiff已经展示了对Isambard-AI内世界一流NVIDIA硬件的令人难以置信的高效使用，"布里斯托尔大学布里斯托尔超级计算中心主任兼Isambard-AI联合创始人西蒙·麦金托什-史密斯说。"对于一个基于气候的项目，使用的GPU小时数相对较低，需要更少的超级计算机电力来运行工作负载，这是恰当的。"
除了回顾过去一年的空气污染外，该模型还可以帮助预测英国未来的空气污染情景。该团队计划通过整合额外的开放数据来进一步提高其模型的分辨率，使研究人员能够在街道规模上理解空气污染。
相同的生成污染工作流程也在NVIDIA GB10 Grace Blackwell超级芯片驱动的DGX Spark桌面人工智能系统上运行，用于推理和较小的训练运行。托平现在在他的办公室中拥有一个DGX Spark系统来重新训练模型。
"你现在可以投入数千美元来开始开发强大的人工智能模型，"托平说。
开放科学，代理未来
该团队计划发布污染模型的开源训练数据和工作流程，以便可以为其他国家和地区训练类似的模型。
"我们的目标是向整个世界提供这个工作流程，"他说。"我们希望每个全球国家和每个主要城市只需少量的超级计算机人工智能时间就能够用他们自己的本地数据生成自己的详细污染模型。"
展望五年后，托平将终点视为更简单的东西：一个代理界面，其中临床医生或政府机构提出问题，模型链处理其他一切。
"通过更好地开放获取空气质量观测，有人可以询问在DGX Spark上运行的我们的污染模型：这个社区明天的污染情况会是什么样的？"他说。"整个交互链将提供一个答案，基于这些框架所代表的科学。"
在网络研讨会"AI for Science: From the Lab to the Frontier"中听取更多来自托平的信息，该研讨会将于9月30日举行。
了解更多关于NVIDIA Earth-2气候和天气人工智能的信息。