Deep Learning for Atmospheric Modeling: A Proof of Concept Using a Fourier Neural Operator on WRF Data to Accelerate Transient Wind Forecasting at Multiple Altitudes
Notice bibliographique
Résumé
This study addresses the problem of the computational cost of transient CFD simulations, which rely on iterative time-step calculations, by employing deep learning to generate optimized initial conditions for accelerating the Weather Research and Forecasting (WRF) model. To this end, we forecasted wind speed for short time frames over the Houston region using the WRF model data from 2019 to 2022, training the models to predict the X-component (U) wind speed. The so-called global FNO model, trained across all atmospheric heights, was first tested, achieving competitive results. A more refined approach was tested to improve it, training separate models for each altitude level, enhancing accuracy significantly. These ad hoc models outperformed surface and middle atmosphere persistence, achieving 27.64% and 20.46% nRMSE, respectively, while remaining competitive at higher altitudes. Variable selection played a key role, revealing that different physical processes dominate at various altitudes, necessitating distinct input features. The results highlight the potential of deep learning, particularly FNO, in atmospheric modeling, suggesting that tailored models for specific altitudes may enhance forecast accuracy. Thus, this study demonstrates that a deep learning model can be designed to start the iterations of a transient simulation, reducing convergence time and enabling faster, lower-cost predictions.
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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 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 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 | 0,000 |
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 ».