火星大气模型不再依赖再分析:MarsNet只用观测,近地面温度误差4.2 K,地表气压四者最准
核心概要
火星大气长期由再分析产品描述,而再分析把探测器反演同化进环流模式,观测稀疏处的结果主要反映模式本身。MarsNet把两小时预报与逐窗观测更新放进同一套固定物理结构里联合训练,不使用任何再分析或模式场作为输入或目标。在未被任何数据集同化的MGS掩星温度上,其最低三个标高与三种再分析相当或更好,近地面均方根误差为4.2 K,而三种再分析为4.4–5.4 K,但在更高处精度较低。
深度剖析
火星大气的估计可以只从观测学出来,不必把再分析场当作训练目标。 现有三种再分析把探测器反演同化进各自的环流模式,观测稀疏处和少被观测的量由模式的动力核心、尘埃与云参数化决定,因此再分析在多大程度上独立于模式,取决于观测密度。 在未被任何数据集同化的MGS射电掩星温度上,MarsNet最低三个标高与MACDA、OpenMARS相当或更好,并与EMARS持平;近地面均方根误差4.2 K,三种再分析为4.4–5.4 K。
预报和观测更新被放在同一套固定物理结构里联合学习,网络只调整已有物理项和更新权重。 火星观测记录太稀疏,无法约束一个自由学习的网络,因此学习被限制在经典资料同化已经提供的结构之内。 状态以物理单位表示,预报使用固定形式、学习强度的物理倾向,更新是有界卡尔曼更新;模型在MY24–31上训练,在MY32及留出的掩星季节上评分。
地表气压是四个产品中最准的,且模型能稳定循环九个火星年。 再分析不同化地表气压,因此这一比较针对的是未被同化的量。 对MY32好奇号气压,MarsNet均方根误差10 Pa,三种再分析为20–46 Pa;模型在MY24–32每一年单独起转循环,状态均未越界。
启示与展望
比较只在未被任何产品同化的观测上进行,即留出的MGS掩星季节、MEX掩星和好奇号MY32地表气压;完全独立的温度覆盖MY24–28,MEX掩星样本量小。
MY32的评分集不含掩星温度,温度技巧是对留出的MCS廓线测得,而这些廓线与周围被同化的廓线共享反演误差;MY32留出集还用于停止训练和挑选发布版本,其技巧可能略偏乐观。在只有TES被同化的MY24–27,所述不确定度未标定;模式对风场不声称有技巧,尘埃在风暴中偏少。
