Deep-Learning-Based Gridded Downscaling of Surface Meteorological Variables in Complex Terrain. Part I: Daily Maximum and Minimum 2-m Temperature
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Many statistical downscaling methods require observational inputs and expert knowledge and thus cannot be generalized well across different regions. Convolutional neural networks (CNNs) are deep-learning models that have generalization abilities for various applications. In this research, we modify UNet, a semantic-segmentation CNN, and apply it to the downscaling of daily maximum/minimum 2-m temperature (TMAX/TMIN) over the western continental United States from 0.25° to 4-km grid spacings. We select high-resolution (HR) elevation, low-resolution (LR) elevation, and LR TMAX/TMIN as inputs; train UNet using Parameter–Elevation Regressions on Independent Slopes Model (PRISM) data over the south- and central-western United States from 2015 to 2018; and test it independently over both the training domains and the northwestern United States from 2018 to 2019. We found that the original UNet cannot generate enough fine-grained spatial details when transferred to the new northwestern U.S. domain. In response, we modified the original UNet by assigning an extra HR elevation output branch/loss function and training the modified UNet to reproduce both the supervised HR TMAX/TMIN and the unsupervised HR elevation. This improvement is named “UNet-Autoencoder (AE).” UNet-AE supports semisupervised model fine-tuning for unseen domains and showed better gridpoint-level performance with more than 10% mean absolute error (MAE) reduction relative to the original UNet. On the basis of its performance relative to the 4-km PRISM, UNet-AE is a good option to provide generalizable downscaling for regions that are underrepresented by observations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».