May, 2024

ArchesWeather: 1.5° 分辨率的高效人工智能天气预报模型

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TL;DR本研究提出了一种基于 AI 的天气预测系统，通过将物理约束作为归纳先验嵌入到神经网络架构中，将 2D 注意力与基于列的注意力特征交互模块相结合，设计出一种名为 ArchesWeather 的转换器模型，证明了该设计改进了预测技巧。
ai-based weather forecasting systemsphysical constraintsneural network architecturelocality principletransformer model
发现论文，激发创造
  • Pangu-Weather: 快速准确的全球天气预报的 3D 高分辨率模型

    本文提出基于深度学习的 Pangu-Weather 系统，用于快速而准确的全球天气预报。通过大量数据和深度神经网络，提高了预报精度，成功地将 AI 方法的预报准确度超越了传统的数值天气预报方法，为未来深度学习天气预报系统的改进提供了新方向。

    Nov, 2022

  • 基于远程联系信息的高效亚季节气象预测

    借助预训练的 Pangu 模型和基于电涡流的时间模块，我们的研究提出了一种电涡流通知变压器方法，能够改善未来天气状况的预测能力并提高输出的空间精度。此外，我们的方法还提供了利用现有基础模型进行多功能下游任务的资源高效途径。

    Jan, 2024

  • CaFA：基于球面上的因式化注意力的全球天气预报

    我们提出了一种适用于球面几何的因子化注意力模型，用于天气预测。该模型在精确度和效率上的表现与纯数据驱动的机器学习天气预测模型相当，具备在准确度与计算成本上优于基于 Transformer 模型的标准注意力模型的潜力。

    May, 2024

  • 通过物理和人工智能混合建模将天气预报推广到细粒度时间尺度

    提出了一种物理 - 人工智能（AI）混合模型（即 WeatherGFT），将天气预报推广到超出训练数据集的更细时间尺度，并通过引入一个提前时间感知的训练框架来促进模型在不同提前时间上的推广，实验证明 WeatherGFT 在多个提前时间上达到了最先进的性能，并展现了 30 分钟预测的泛化能力。

    May, 2024

  • 全球神经天气模型预测严重对流环境的闪电快速暴风雨预警

    近期发布的一套人工智能气象模型能够在几秒钟内预测出与最先进的操作性预测相媲美的多天、中期天气预报，其在局部尺度和级数之间的竖直梯度上需要更高精度的精确性，根据 2020 年全球热点地区的季节性对流性能评估发现，Pangu-Weather、GraphCast 和 FourCastNet 等三个表现最佳的人工智能模型在 10 天的前导时间内，对 Convective Available Potential Energy（CAPE）和 Deep Layer Shear（DLS）的预测结果具有相对的准确性，而且 GraphCast 和 Pangu-Weather 在全球范围内表现最好，能够达到甚至超过 IFS 的性能水平，由于神经气象模型中从垂直压力粗糙层导出的 CAPE 缺乏数值模型的垂直细分辨率，目前的结果表明，人工智能模型中对 CAPE 的直接预测很有前景，这将为快速且低成本的严重天气现象预测开辟前所未有的机遇，通过推进人工智能模型的评估，朝着基于过程的评估方向发展，我们为基于人工智能的天气预报面向灾害驱动的应用奠定了基础。

    Jun, 2024

  • 一种实用的用于人工智能天气模型的概率基准

    天气模型的概率技能与延迟集合相比较，发现 GraphCast 和 Pangu 是领先的 AI 天气模型，在确定性评分方面前者优于后者，但在概率 CRPS 指标上两者得分相同。

    Jan, 2024

  • 大规模基于 Transformer 的天气预测的训练配方分析与探索

    通过在 ERA5 数据上训练经过最小改进的 SwinV2 Transformer 模型，我们展示了即使在相对常规的体系结构、简单的训练过程和适度的计算预算下，也可以实现高水平的预测技巧，并比较了其与 IFS 的优越性。我们对训练流程的关键方面进行了一些剖析，探索了不同的损失函数、模型尺寸和深度以及多步细调的影响，并且通过超出典型 ACC 和 RMSE 的指标来检查模型的性能，并研究了模型规模对性能的影响。

    Apr, 2024

  • 天气和气候的 AI 基础模型：应用、设计和实施

    机器学习和深度学习方法在理解大气混沌行为和推进天气预报方面已得到广泛应用。在构建地球的数字孪生体方面，科技公司、政府机构和气象机构表现出越来越多的兴趣。我们回顾了当前最先进的人工智能方法，主要来自于变换器和算子学习文献，并结合气象学的背景提出了成功的标准，期望实现一系列基础模型用于即时预报和天气气候预测。我们还讨论了这些模型在下游任务中的竞争力，如下降尺度（超分辨率）、火灾有利条件的识别以及对各种时空尺度（如飓风和大气河流）具有重大影响的气象现象的预测。特别是，我们认为当前的人工智能方法已经发展到足以设计和实施一个气象基础模型的成熟阶段。

    Sep, 2023

  • 应用图神经网络预测全球天气

    使用图神经网络的数据驱动方法预测全球天气，通过学习当前 3D 大气状态的六小时步长以及多步连接，可以产生数天后的精准预报，测试表现优于以前的数据驱动方法，并且与 GFS 和 ECMWF 的物理模型的全分辨率相当可比。

    Feb, 2022

  • 使用可视 Transformer 解决 3D 图像 Weather4cast 挑战

    本文介绍了通过使用基于 transformer 的算法来解决 NeurIPS 2022 中的 Weather4cast 挑战，预测在接下来的 8 小时内的降雨事件，并通过将不同的 transformer 和基线模型进行集合，获得了最好的性能。

    Dec, 2022