计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年9月10日
(v1)
,最后修订 2025年9月25日 (此版本, v2)]
标题: S$^2$变压器:用于全球气象预报的可扩展结构变压器
标题: S$^2$Transformer: Scalable Structured Transformers for Global Station Weather Forecasting
摘要: 全球站点天气预报(GSWF)是一个关键的气象研究领域,对能源、航空和农业至关重要。 现有的时间序列预测方法在进行大规模全球站点预测时,往往忽略或单向建模空间相关性。 这与全球天气系统的观测内在本质相矛盾,限制了预测性能。 为了解决这个问题,本文提出了一种新颖的空间结构注意力模块。 它将空间图划分为一组子图,并实例化子图内注意力以学习每个子图内的局部空间相关性,同时通过子图间注意力将节点聚合为子图表示,以实现子图之间的信息传递——同时考虑空间邻近性和全局相关性。 基于该模块,我们开发了一个多尺度时空预测模型 S$^2$Transformer,通过逐步扩展子图规模来构建。 该模型既具有可扩展性,又能生成结构化的空间相关性,同时易于实现。 实验结果表明,它可以在低运行成本下比时间序列预测基线方法提升高达16.8%的性能。
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