机器学习模拟千年气候

深度学习地球系统模型与CMIP6模型相比替代,并且使用的计算资源较少。

来源:Eos杂志
This is an authorized translation of an Eos article. 本文是Eos文章的授权翻译。近年来,科学家们发现,基于机器学习的天气模型可以比传统模型更快地做出天气预测,且使用更少的能耗。然而,许多这些模型无法准确预测未来15天以上的天气,并且到第 60 天时就会开始模拟出不切实际的天气。深度学习地球系统模型(Deep Learning Earth System Model,简称DLESyM)建立在两个并行运行的神经网络上:一个模拟海洋,另一个模拟大气。在模式运行期间,对海洋状况的预测每四个模式日更新一次。由于大气条件演变得更快,对大气的预测每12个模式小时更新一次。该模型的创建者Cresswell-Clay 等人发现,DLESyM 与过去观测到的气候非常吻合,并能做出准确的短期预测。以地球当前的气候为基准,它还可以在不到 12 小时的计算时间内,准确模拟 1000 年周期内的气候和年际变化。它的性能通常与基于耦合模式比对计划第六阶段(CMIP6)的模型相当,甚至优于后者,CMIP6目前在计算气候研究中被广泛使用。 DLESyM 模型在模拟热带气旋和印度夏季季风方面优于 CMIP6 模型。它至少与 CMIP6 模型一样准确地捕捉了北半球大气“阻塞”事件的频率和空间分布,而这些事件可能导致极端天气。此外,该模型预测的风暴也非常真实。例如,在 1000 年模拟结束时(3016 年)生成的东北风暴的结构与 2018 年观测到的东北风暴非常相似。然而,新模型和CMIP6 模型都无法很好地描述大西洋飓风 的气候特征。此外,对于中期预报(即未来 15 天左右的预报),DLESyM 的准确性低于其他机器学习模型。尤其重要的是,DLESyM 模型仅对当前气候进行模拟,这意味着它没有考虑人类活动引起的气候变化。作者认为,DLESyM模型的主要优势在于,它比运行CMIP6 模型所需的计算成本要低得多,这使得它比传统模型更容易使用。 (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2025AV001706, 2025)—科学撰稿人Madeline ReinselThis translation was made by Wiley. 本文翻译由Wiley提供。 Read this article on WeChat. 在微信上阅读本文。 Text © 2025. AGU. CC BY-NC-ND 3.0Except where otherwise noted, images are subject to copyright. Any reuse without express permission from the copyright owner is prohibited.Related

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近年来,科学家们发现,基于机器学习的天气模型可以比传统模型更快地做出天气预测,且使用更少的能耗。然而,许多这些模型无法准确预测未来15天以上的天气,并且到第 60 天时就会开始模拟出不切实际的天气。

深度学习地球系统模型(Deep Learning Earth System Model,简称DLESyM)建立在两个并行运行的神经网络上:一个模拟海洋,另一个模拟大气。在模式运行期间,对海洋状况的预测每四个模式日更新一次。由于大气条件演变得更快,对大气的预测每12个模式小时更新一次。

神经网络

该模型的创建者Cresswell-Clay 等人发现,DLESyM 与过去观测到的气候非常吻合,并能做出准确的短期预测。以地球当前的气候为基准,它还可以在不到 12 小时的计算时间内,准确模拟 1000 年周期内的气候和年际变化。它的性能通常与基于耦合模式比对计划第六阶段(CMIP6)的模型相当,甚至优于后者,CMIP6目前在计算气候研究中被广泛使用。

Cresswell-Clay 等人 CMIP6

DLESyM 模型在模拟热带气旋和印度夏季季风方面优于 CMIP6 模型。它至少与 CMIP6 模型一样准确地捕捉了北半球大气“阻塞”事件的频率和空间分布,而这些事件可能导致极端天气。此外,该模型预测的风暴也非常真实。例如,在 1000 年模拟结束时(3016 年)生成的东北风暴的结构与 2018 年观测到的东北风暴非常相似。

印度夏季季风 大西洋飓风

作者认为,DLESyM模型的主要优势在于,它比运行CMIP6 模型所需的计算成本要低得多,这使得它比传统模型更容易使用。 (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2025AV001706, 2025)

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