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计算机科学 > 机器学习

arXiv:2509.19648v1 (cs)
[提交于 2025年9月10日 (此版本) , 最新版本 2025年9月25日 (v2) ]

标题: 面向可扩展且结构化的全球站点天气预报

标题: Toward Scalable and Structured Global Station Weather Forecasting

Authors:Hongyi Chen, Xiucheng Li, Xinyang Chen, Yun Cheng, Jing Li, Kehai Chen, Liqiang Nie
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,常常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性质相矛盾,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,以便在子图之间进行信息传递——同时考虑空间邻近性和全局相关性。 基于该模块,我们通过逐步扩展子图规模开发了一个多尺度时空预测模型。 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,其在低运行成本下可以比时间序列预测基线方法提升高达16.8%的性能。
摘要: Global Station Weather Forecasting (GSWF) is a key meteorological research area, critical to energy, aviation, and agriculture. Existing time series forecasting methods often ignore or unidirectionally model spatial correlation when conducting large-scale global station forecasting. This contradicts the intrinsic nature underlying observations of the global weather system, limiting forecast performance. To address this, we propose a novel Spatial Structured Attention Block in this paper. It partitions the spatial graph into a set of subgraphs and instantiates Intra-subgraph Attention to learn local spatial correlation within each subgraph, and aggregates nodes into subgraph representations for message passing among the subgraphs via Inter-subgraph Attention -- considering both spatial proximity and global correlation. Building on this block, we develop a multiscale spatiotemporal forecasting model by progressively expanding subgraph scales. The resulting model is both scalable and able to produce structured spatial correlation, and meanwhile, it is easy to implement. The experimental results show that it can achieve performance improvements up to 16.8% over time series forecasting baselines at low running costs.
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 大气与海洋物理 (physics.ao-ph)
引用方式: arXiv:2509.19648 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2509.19648v1 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.19648
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Hongyi Chen [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 9 月 10 日 05:33:28 UTC (2,193 KB)
[v2] 星期四, 2025 年 9 月 25 日 03:12:08 UTC (2,193 KB)
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