天気と気候に関するニューラル一般循環モデル
Dmitrii Kochkov1, Janni Yuval2, Ian Langmore3
1Google Research, Mountain View, CA, USA. dkochkov@google.com.
Nature
|July 22, 2024
まとめ
新しい一般循環モデル (GCM) は,ディープラーニングと物理ベースのシミュレーションを統合し,天気と気候の予測を改善します. このハイブリッドアプローチは,既存の方法と比較して,計算上の節約と競争力のある予測能力を提供します.
科学分野:
- 地球システム科学
- 気候モデリング
- 機械学習アプリケーション
背景:
- 一般循環モデル (GCM) は,物理に基づいたシミュレーションに頼って,天気と気候の予測に不可欠です.
- 最近の進歩は 機械学習モデルが 決定的な天気予報でGCMに匹敵するか 超えていることを示しています
- 既存の機械学習モデルは 長期の気候シミュレーションには 安定性がないし 総合的な予測も改善していません
研究 の 目的:
- 機械学習と微分可能な物理ベースのダイナミクスを融合させる新しい一般循環モデル (GCM) を開発する.
- 決定的な天気予報,アンサンブル予報,長期的な気候シミュレーションにおけるGCMのパフォーマンスを評価する.
- 新しいハイブリッドGCMの計算効率と安定性を評価する.
主な方法:
- NeuralGCMと呼ばれるハイブリッドGCMを開発し,微分可能な大気動力学ソルバーと機械学習コンポーネントを組み合わせた.
- 天気予報のための再分析データ (1〜15日) に関するNeuralGCMの訓練と評価.
- NeuralGCMの気候シミュレーション能力を数十年で評価し, 140kmの解像度で海面温度を規定しました.
主要な成果:
- NeuralGCMは最先端の機械学習モデルを使用して短期的な天気予報 (1〜10日) の競争力を発揮しています.
- これは,欧州中期気象予報センターによる中期 (1~15日) の天気予報のアンサンブル予測と一致します.
- NeuralGCMは10年間の気候指標を正確に追跡し,熱帯サイクロンなどの新興現象をシミュレートし,重要な計算コストを削減します.
結論:
- エンドツーエンドのディープラーニングは,地球システム科学の伝統的なGCMタスクと互換性があり,それを強化することができます.
- ハイブリッドアプローチは,天気と気候の予測に計算効率の良い代替手段を提供します.
- NeuralGCMは地球の気候システムを理解するために不可欠な大規模な物理シミュレーションの約束を示しています.
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