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物理学 > 大气与海洋物理

arXiv:2509.21349v1 (physics)
[提交于 2025年9月18日 ]

标题: 使用非迭代时空变换器模型的准确台风强度预测

标题: Accurate typhoon intensity forecasts using a non-iterative spatiotemporal transformer model

Authors:Hongyu Qu, Hongxiong Xu, Lin Dong, Chunyi Xiang, Gaozhen Nie
摘要: 准确预测热带气旋(TC)强度——特别是在快速增强和快速减弱期间——仍然是业务气象学的挑战,对灾害准备和基础设施韧性具有高风险影响。 机器学习的最新进展在TC预测方面取得了显著进展;然而,大多数现有系统提供的预测在极端情况下迅速退化,并且缺乏长期一致性。 在这里,我们介绍了TIFNet,这是一种基于Transformer的预测模型,通过将高分辨率全球预测与历史演变融合机制相结合,生成非迭代的5天强度轨迹。 TIFNet在再分析数据上进行训练,并使用业务数据进行微调,在所有预测时间范围内始终优于业务数值模型,为弱、强和超级台风类别提供了稳健的改进。 在长期被视为最难预测的快速强度变化情况下,TIFNet相对于当前业务基准将预测误差降低了29-43%。 这些结果代表了基于人工智能的TC强度预测的重大进展,尤其是在传统模型持续表现不佳的极端条件下。
摘要: Accurate forecasting of tropical cyclone (TC) intensity - particularly during periods of rapid intensification and rapid weakening - remains a challenge for operational meteorology, with high-stakes implications for disaster preparedness and infrastructure resilience. Recent advances in machine learning have yielded notable progress in TC prediction; however, most existing systems provide forecasts that degrade rapidly in extreme regimes and lack long-range consistency. Here we introduce TIFNet, a transformer-based forecasting model that generates non-iterative, 5-day intensity trajectories by integrating high-resolution global forecasts with a historical-evolution fusion mechanism. Trained on reanalysis data and fine-tuned with operational data, TIFNet consistently outperforms operational numerical models across all forecast horizons, delivering robust improvements across weak, strong, and super typhoon categories. In rapid intensity change regimes - long regarded as the most difficult to forecast - TIFNet reduces forecast error by 29-43% relative to current operational baselines. These results represent a substantial advance in artificial-intelligence-based TC intensity forecasting, especially under extreme conditions where traditional models consistently underperform.
评论: 41页,正文中有5张图表,附录中有6张图表。 提交至《npj Climate and Atmospheric Science》
主题: 大气与海洋物理 (physics.ao-ph) ; 机器学习 (cs.LG)
MSC 类: 68T07, 86A10
ACM 类: I.2.6; I.5.1; I.5.4
引用方式: arXiv:2509.21349 [physics.ao-ph]
  (或者 arXiv:2509.21349v1 [physics.ao-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.21349
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Hongyu Qu [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 9 月 18 日 20:50:17 UTC (3,813 KB)
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