Adjustment of Decadal Ocean Carbon Sink Predictions Using Deep Learning
Notice bibliographique
Résumé
Abstract We implement an encoder–decoder artificial neural network (ANN) to postprocess decadal predictions of gridded air–sea carbon dioxide (CO 2 ) flux produced with an Earth system model (ESM) having prescribed CO 2 emissions. Decadal predictions are initialized by constraining the ESM with observational data and drift toward the model unconstrained climatology. The resulting biased forecasts require adjustments to make the predictions usable. By leveraging the flexibility of the ANN to learn the complex nonlinear relationship between raw forecasts and verifying data, and its ability to learn from nonlocal spatial errors, we show that the ANN-based adjustment outperforms standard bias and linear trend corrections for the first 3 years in the forecast, both in terms of spatial and temporal accuracy. The squared root of the globally integrated mean square error is approximately 0.5 PgC yr −1 for the first year of the forecast, which is about half the value from the alternative methods, and remains well below 1.0 PgC yr −1 for the first 5 years. The globally averaged anomaly correlation coefficient is above 0.5 and remains above 0.3 for the first 4 years of the forecast, whereas the alternative corrections score about 0.3 or less at all lead years. The methodology is tested with emission-driven decadal predictions produced with the Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis forecasting system, which contribute to the Global Carbon Budget annual update. Significance Statement Deep learning has been used for postprocessing numerical weather predictions, but applications to longer-range forecasts are less common. Forecast postprocessing is a necessary step toward making predictions usable, since climate models are imperfect representations of the climate system and the forecast initial conditions are often erroneous. A deep learning (DL)-based model is implemented to adjust near-term predictions of ocean carbon sinks produced with Fifth Generation Canadian ESM (CanESM5), which couples a physics-based climate model with an interactive carbon cycle. These predictions contribute to the Global Carbon Budget annual update that tracks the distribution of global carbon emissions and sinks to inform progress toward the goals of the Paris Agreement. The DL-based postprocessing model outperforms standard correction methods for several years in the forecast, leading to more accurate near-term predictions of the ocean carbon sink.
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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) | 0,000 | 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 | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| 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 ».