論文の概要: Learning Weather Models from Data with WSINDy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.00738v1
• Date: Wed, 01 Jan 2025 06:03:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-05 17:11:49.092770
• Title: Learning Weather Models from Data with WSINDy
• Title（参考訳）: WSINDyでデータから気象モデルを学ぶ
• Authors: Seth Minor, Daniel A. Messenger, Vanja Dukic, David M. Bortz,
• Abstract要約: Weak form Sparse Identification of Dynamics (WSINDy) algorithm can learn effective weather model fromsimulated and assimilated data。 提案手法は標準的なWSINDyアルゴリズムを任意の次元の高次元流体データに適応させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The multiscale and turbulent nature of Earth's atmosphere has historically rendered accurate weather modeling a hard problem. Recently, there has been an explosion of interest surrounding data-driven approaches to weather modeling, which in many cases show improved forecasting accuracy and computational efficiency when compared to traditional methods. However, many of the current data-driven approaches employ highly parameterized neural networks, often resulting in uninterpretable models and limited gains in scientific understanding. In this work, we address the interpretability problem by explicitly discovering partial differential equations governing various weather phenomena, identifying symbolic mathematical models with direct physical interpretations. The purpose of this paper is to demonstrate that, in particular, the Weak form Sparse Identification of Nonlinear Dynamics (WSINDy) algorithm can learn effective weather models from both simulated and assimilated data. Our approach adapts the standard WSINDy algorithm to work with high-dimensional fluid data of arbitrary spatial dimension. Moreover, we develop an approach for handling terms that are not integrable-by-parts, such as advection operators.
• Abstract（参考訳）: 地球の大気のマルチスケールと乱流の性質は、歴史的に正確な気象モデリングを難しい問題としてきた。 近年,気象モデルに対するデータ駆動手法の関心が高まっており,従来の手法と比較して予測精度や計算効率が向上している例が多い。 しかし、現在のデータ駆動型アプローチの多くは、高度にパラメータ化されたニューラルネットワークを採用しており、しばしば解釈不能なモデルと科学的理解の限られた利益をもたらす。 本研究では, 様々な気象現象を規定する偏微分方程式を明示的に発見し, 直接的物理的解釈を伴う記号数学的モデルを特定することにより, 解釈可能性問題に対処する。 本研究の目的は、特に、Wak形式における非線形ダイナミクスのスパース同定(WSINDy)アルゴリズムが、シミュレーションデータと同化データの両方から効果的な気象モデルを学習できることを実証することである。 提案手法は,任意の空間次元の高次元流体データを扱うための標準WSINDyアルゴリズムに適応する。 さらに, 対流演算子など, 積分不可能な項を扱う手法を開発した。

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