論文の概要: Statistical Downscaling via High-Dimensional Distribution Matching with Generative Models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.08079v1
• Date: Wed, 11 Dec 2024 03:52:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-12 23:20:26.549358
• Title: Statistical Downscaling via High-Dimensional Distribution Matching with Generative Models
• Title（参考訳）: 生成モデルと高次元分布マッチングによる統計的ダウンスケーリング
• Authors: Zhong Yi Wan, Ignacio Lopez-Gomez, Robert Carver, Tapio Schneider, John Anderson, Fei Sha, Leonardo Zepeda-Núñez,
• Abstract要約: 統計的ダウンスケーリングのための2段階確率的フレームワークであるGenerative Bias Correction and Super-Resolution(GenBCSR)を紹介する。 分散マッチングとしてダウンスケーリング問題をフレーミングすることにより、GenBCSRは教師付き学習の制約を緩和する。 我々は,GenBCSRが臨界影響変数の予測精度において,標準的なアプローチを超越していることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.737495484442443
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Statistical downscaling is a technique used in climate modeling to increase the resolution of climate simulations. High-resolution climate information is essential for various high-impact applications, including natural hazard risk assessment. However, simulating climate at high resolution is intractable. Thus, climate simulations are often conducted at a coarse scale and then downscaled to the desired resolution. Existing downscaling techniques are either simulation-based methods with high computational costs, or statistical approaches with limitations in accuracy or application specificity. We introduce Generative Bias Correction and Super-Resolution (GenBCSR), a two-stage probabilistic framework for statistical downscaling that overcomes the limitations of previous methods. GenBCSR employs two transformations to match high-dimensional distributions at different resolutions: (i) the first stage, bias correction, aligns the distributions at coarse scale, (ii) the second stage, statistical super-resolution, lifts the corrected coarse distribution by introducing fine-grained details. Each stage is instantiated by a state-of-the-art generative model, resulting in an efficient and effective computational pipeline for the well-studied distribution matching problem. By framing the downscaling problem as distribution matching, GenBCSR relaxes the constraints of supervised learning, which requires samples to be aligned. Despite not requiring such correspondence, we show that GenBCSR surpasses standard approaches in predictive accuracy of critical impact variables, particularly in predicting the tails (99% percentile) of composite indexes composed of interacting variables, achieving up to 4-5 folds of error reduction.
• Abstract（参考訳）: 統計的ダウンスケーリング(英: statistics downscaling)は、気候シミュレーションの解像度を高めるために気候モデリングで用いられる技法である。 高解像度の気候情報は、自然リスク評価を含む様々な高影響の応用に不可欠である。 しかし、高解像度で気候をシミュレートすることは困難である。 したがって、気候シミュレーションはしばしば粗いスケールで行われ、その後、望ましい解像度までダウンスケールされる。 既存のダウンスケーリング手法は、計算コストの高いシミュレーションベースの手法か、正確性やアプリケーション特異性に制限のある統計手法である。 本稿では,従来の手法の限界を克服した統計的ダウンスケーリングのための2段階確率的フレームワークであるGenerative Bias Correction and Super-Resolution(GenBCSR)を紹介する。 GenBCSRは2つの変換を用いて高次元分布を異なる解像度で一致させる。 (i) 偏差補正の第1段階は、粗いスケールで分布を整列する。 (II)第2段階の統計超解像は、きめ細かな詳細を導入することにより補正された粗さ分布を引き上げる。 それぞれのステージは最先端の生成モデルによってインスタンス化され、よく研究された分布マッチング問題に対して効率的かつ効率的な計算パイプラインが得られる。 ダウンスケーリング問題を分散マッチングとしてフレーミングすることにより、GenBCSRは教師付き学習の制約を緩和し、サンプルの整列を必要とする。 このような対応を必要としないにもかかわらず、GenBCSRは臨界影響変数の予測精度において、特に相互作用変数からなる複合指標のテール(99%)を予測し、最大4～5倍の誤差低減を実現していることを示す。

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