两周到六周的天气预报不再靠掷骰子:后处理层把准确率翻倍,首次稳定超过气候平均
核心概要
一个机器学习后处理层学习订正现有预报模式的误差,在两周到六周的次季节尺度上把黄金标准模式的预报准确率提高一倍,并首次稳定超过气候平均。
深度剖析
次季节预报有了可用的订正手段:在两周到六周这个被称为“可预报性荒漠”的时段,预报结果第一次稳定优于气候平均。 此前该时段的预报大多比气候平均还差,业内甚至质疑这个时间范围是否值得投入模式研发。 研究团队把带后处理层的三个模式提交给欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的季度预报竞赛,其中把ECMWF模式与另一个模式结合再加订正的那一份获得第一名,预测能力达到原模式的两倍。
做法是在现有预报模式外面套一层学习误差的包装:它从历史数据中量化某个预报系统的系统性偏差,再据此平移该系统的预报。 其他预报系统也做误差订正,但方式更简单,而这层后处理会随新预报和新数据不断自适应改进。 该订正被应用到其他模式上同样带来提升,使较弱的模式接近ECMWF预报的水平;训练使用了MIT的Engaging超级计算集群,但模型运行本身不需要超级计算机。
订正还改善了极端天气的预测能力,这一点对社会影响可能最大。 ECMWF自己开发的非AI误差订正反而让极端天气预测变差,因为传统偏差订正总是把结果拉向均值,而极端天气位于概率分布的边缘。 极端天气预测能力的提升具有统计显著性,覆盖洪水、寒潮等事件。
启示与展望
该技术面向两周到六周的次季节预报,适用于能源、农业和应急管理场景,研究显示它能改善全球多数区域的陆地预报,并可作为附加层用于其他预报模式。肯尼亚共和国气象部门已就采用该模型改善季风季预报、提升今年冬季农业产量进行接洽。
该模型是在ECMWF季度预报竞赛中检验的,其提升幅度以该竞赛设置和所用模式组合为准;极端天气预测的改善被描述为具有统计显著性,但未给出具体事件类别之外的量化范围。
