Transfer learning for estimating dynamic precipitation across different climate models
Notice bibliographique
Résumé
Variations in the global water cycle are among the most impact-relevant consequences of climate change to human society. However, large uncertainties exist in regional precipitation trends due to the presence of internal variability, limited coverage of observational data, and model deficiencies. Dynamical adjustment methods have been developed to quantify the role of circulation-induced variability in relevant climate variables such as precipitation and temperature. By subtracting the latter, the thermodynamic signals are expected to remain in the residuals, therefore increasing the signal-to-noise (S/N) ratio of trend estimates. However, dynamical adjustment for high-resolution spatial and temporal data remains challenging, especially over heterogeneous terrain such as the Alps. In this study, we build upon the Latent Linear Adjustment Autoencoder (LLAAE), a new statistical model introduced by Heinze-Deml et al., (2021, Geoscientific Model Development 14(8), pp. 4977-4999, doi:10.5194/gmd-2020-275.) that combines dynamical adjustment techniques with elements of deep learning. By combining a linear model with a nonlinear deep neural network, the method has shown great promise in extracting the forced thermodynamic components of high-resolution winter precipitation over Europe. So far, this model has only been trained and tested on different members of the Canadian Regional Climate Model (CanESM2). Here, we illustrate and evaluate the LLAAE in the context of transfer learning. The LLAAE, trained on 9 members of the CanESM2, is evaluated on 10 different high-resolution (EUR-11) Regional Climate Models of the EURO-CORDEX ensemble. We show, despite large climatological model differences, that the LLAAE is capable of reconstructing up to 50 % of the daily precipitation variance across the spatial domain of the CORDEX-data. Furthermore, trend estimates can be improved when retraining the linear model with relatively few additional data points from the target distribution: Retraining the model with 4000 individual days further increases the explained variance by about 30%, improving the S/N ratio of long-term and spatial trend estimates. This could be particularly useful for future real-world applications such as the detection and attribution of anthropogenic forced regional changes in precipitation and the contribution of the circulation-induced variability.
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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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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.
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 ».