Development and evaluation of ensemble down-selection methods for precipitation forecast
Notice bibliographique
Résumé
Ensemble forecasting is a robust technique for quantifying forecast uncertainty, with larger ensemble sizes providing more accurate error estimation by reducing sampling error.However, large ensembles are computationally expensive for operational forecasting due to the substantial computer resources required.At the Canadian Meteorological Center (CMC), an ensemble of 256 members is only generated for error estimation, while a fixed subset of 20 members is utilized for medium-range forecasts twice daily.This simple selection of a subset is named as down-selection, which reduces the computational expenses.Other complex down-selection methods have also been developed to improve forecasts, but not for hourly precipitation forecasts, which present additional challenges due to their high spatiotemporal variability.This necessitates the development of downselection methods specifically tailored to hourly precipitation forecasts.The objective of this dissertation is to develop and evaluate three ensemble down-selection methods-Localized Ensemble Mosaic Assimilation (LEMA), Principal Component Analysis (PCA), and Continuous Ranked Probability Score (CRPS)-designed for the forecast of hourly precipitation.These methods share a common principle: members that better capture surface precipitation patterns relative to observations are on average closer to the "true" state, thereby improving precipitation forecasts.LEMA emphasizes the preservation of local precipitation structures, while PCA selects members based on domain-wide precipitation patterns.However, PCA's global approach used in this study reduces forecast error but compromises ensemble spread, thereby limiting error estimation capabilities.In contrast, LEMA maintains ensemble spread but sacrifices hourly precipitation accuracy.To address these trade-offs, we propose a third method, ABSTRACT viii based on the CRPS, that strikes a balance between precipitation error minimization and ensemble spread retention.Results demonstrate that the CRPS-based down-selection method outperforms LEMA and PCA, achieving lower hourly precipitation errors while preserving ensemble spread.Compared to a random subset, our approaches improve hourly precipitation forecasts by up to 6 forecast hours, notably from a reduction in incorrect precipitation forecasts (false alarms).These findings underscore the potential of three down-selection methods in different contexts to improve hourly precipitation forecasts under computational constraints.
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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 | 0,002 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 ».