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Enregistrement W4220912739 · doi:10.5194/egusphere-egu22-10519

Adaptive Bias Correction for Improved Subseasonal Forecasting

2022· preprint· en· W4220912739 sur OpenAlexaff
Soukayna Mouatadid, Paulo Orenstein, Genevieve Flaspohler, Miruna Oprescu, Judah Cohen, Franklyn Wang, Sean Knight, Gosha Geogdzhayev, Sam Levang, Ernest Fraenkel, Lester Mackey

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueMeteorological Phenomena and Simulations
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPredictabilityEnvironmental scienceMeteorologyGlobal Forecast SystemPrecipitationClimatologyWeather forecastingClimate modelNumerical weather predictionComputer scienceClimate changeMathematicsStatisticsGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Improving our ability to forecast the weather and climate is of interest to all sectors of the economy and government agencies from the local to the national level. In fact, weather forecasts 0-10 days ahead and climate forecasts seasons to decades ahead are currently used operationally in decision-making, and the accuracy and reliability of these forecasts has improved consistently in recent decades. However, many critical applications require subseasonal forecasts with lead times in between these two timescales. Subseasonal forecasting—predicting temperature and precipitation 2-6 weeks ahead—is indeed critical for effective water allocation, wildfire management, and drought and flood mitigation. Yet, accurate forecasts for the subseasonal regime are still lacking due to the chaotic nature of weather. While short-term forecasting accuracy is largely sustained by physics-based dynamical models, these deterministic methods have limited subseasonal accuracy due to chaos. Indeed, subseasonal forecasting has long been considered a “predictability desert” due to its complex dependence on both local weather and global climate variables. Nevertheless, recent large-scale research efforts have advanced the subseasonal capabilities of operational physics-based models, while parallel efforts have demonstrated the value of machine learning and deep learning methods in improving subseasonal forecasting. To counter the systematic errors of dynamical models at longer lead times, we introduce an adaptive bias correction (ABC) method that combines state-of-the-art dynamical forecasts with observations using machine learning. We evaluate our adaptive bias correction method in the contiguous U.S. over the years 2011-2020 and demonstrate consistent improvement over standard meteorological baselines, state-of-the-art learning models, and the leading subseasonal dynamical models, as measured by root mean squared error and uncentered anomaly correlation skill. When applied to the United States’ operational climate forecast system (CFSv2), ABC improves temperature forecasting skill by 20-47% and precipitation forecasting skill by 200-350%. When applied to the leading subseasonal model from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), ABC improves temperature forecasting skill by 8-38% and precipitation forecasting skill by 40-80%. Overall, we find that de-biasing dynamical forecasts with our learned adaptive bias correction method yields an effective and computationally inexpensive strategy for generating improved subseasonal forecasts and building the next generation of subseasonal forecasting benchmarks. To facilitate future subseasonal benchmarking and development, we release our model code through the subseasonal_toolkit Python package and our routinely updated SubseasonalClimateUSA dataset through the subseasonal_data Python package.

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)0,005
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,026
Score d'incertitude au seuil0,051

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0050,002

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 Opus0,159
Tête enseignante GPT0,268
Écart entre enseignants0,109 · 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
GenreEmpirique

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

En bref

Citations5
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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