计算机科学 > 计算机视觉与模式识别
[提交于 2025年7月15日
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标题: 面向更高计算效率的基于CNN的天气预报模型现代化
标题: Modernizing CNN-based Weather Forecast Model towards Higher Computational Efficiency
摘要: 最近,基于人工智能的天气预报模型取得了令人印象深刻的进展。 这些模型已经达到了与传统数值天气预报(NWP)系统相当的准确性,标志着数据驱动天气预测的一个重要里程碑。 然而,它们大多采用基于Transformer的架构,这通常会导致由于参数规模庞大而产生的高训练复杂性和资源需求。 在本研究中,我们引入了一个现代化的基于卷积神经网络(CNN)的全球天气预报模型,在显著降低计算需求的同时实现了具有竞争力的准确性。 为了提出一个系统化的现代化路线图,我们从早期的基于CNN的方法出发,强调了多个设计尺度上的关键架构改进。 KAI-a结合了尺度不变的架构和基于InceptionNeXt的块,并在地球系统数据结构的背景下进行了地理物理感知的设计。 该模型在包含67个大气变量的ERA5每日数据集上进行训练,包含约700万个参数,并且仅需在一块NVIDIA L40s GPU上训练12小时。 我们的评估显示,KAI-a在中程天气预报中的表现与最先进的模型相当,同时提供了一个显著轻量级的设计。 此外,对2018年欧洲热浪和东亚夏季季风的案例研究表明,KAI-a在捕捉极端事件方面表现出强大的能力,加强了其实际应用价值。
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