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Enregistrement W4206218903 · doi:10.5194/gmd-2020-275

Latent Linear Adjustment Autoencoders v1.0: A novel method forestimating and emulating dynamic precipitation at high resolution

2020· preprint· en· W4206218903 sur OpenAlexfundaboutno aff
Christina Heinze‐Deml, Sebastian Sippel, Angeline G. Pendergrass, Flavio Lehner, Nicolai Meinshausen

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueMeteorological Phenomena and Simulations
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesLeibniz-GemeinschaftEnvironment and Climate Change CanadaBayerische Akademie der WissenschaftenGauss Centre for SupercomputingBundesministerium für Bildung und ForschungLeibniz-RechenzentrumUniversité du Québec à MontréalSchweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen ForschungNational Science Foundation
Mots-clésAutoencoderComputer scienceOrographic liftClimatologyPrecipitationEnvironmental scienceArtificial neural networkArtificial intelligenceMeteorologyGeographyGeology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. A key challenge in climate science is to quantify the forced response in impact-relevant variables such as precipitation against the background of internal variability, both in models and observations. Dynamical adjustment techniques aim to remove unforced variability from a target variable by identifying patterns associated with circulation, thus effectively acting as a filter for dynamically-induced variability. The forced contributions are interpreted as the variation that is unexplained by circulation. However, dynamical adjustment of precipitation at local scales remains challenging because of large natural variability and the complex, nonlinear relationship between precipitation and circulation particularly in heterogeneous terrain. Building on variational autoencoders, we introduce a novel statistical model – the Latent Linear Adjustment Autoencoders v1.0 – that enables estimation of the contribution of a coarse-scale atmospheric circulation proxy to daily precipitation at high-resolution and in a spatially coherent manner. To predict circulation-induced precipitation, the Latent Linear Adjustment Autoencoders v1.0 combines a linear component, which models the relationship between circulation and the latent space of an autocoder, with the autoencoder's nonlinear decoder. The combination is achieved by imposing an additional penalty in the cost function that encourages linearity between the circulation field and the autoencoder's latent space, hence leveraging robustness advantages of linear models as well as the flexibility of deep neural networks. We show that our model predicts realistic daily winter precipitation fields at high resolution based on a 50-member ensemble of the Canadian Regional Climate Model at 12-km resolution over Europe, capturing for instance key orographic features and geographical gradients. Using the Latent Linear Adjustment Autoencoders v1.0 to remove the dynamic component of precipitation variability, forced thermodynamic components are expected to remains in the residual, which enables the uncovering of forced precipitation patterns of change from just a few ensemble members. We extend this to quantify the forced pattern of change conditional on specific circulation regimes. In addition, we briefly illustrate one of multiple possible further applications of the method: a weather generator that emulates climate model simulations of regional precipitation at high resolution by bootstrapping circulation patterns. Other potential applications include addressing detection&attribution at sub-continental scales, statistical downscaling and transfer learning between models and observations to exploit the typically much larger sample size in models compared to observations.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,013
Score d'incertitude au seuil0,026

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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.

Tête enseignante Opus0,059
Tête enseignante GPT0,295
Écart entre enseignants0,236 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations4
Publié2020
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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