論文の概要: Assessing Emulator Design and Training for Modal Aerosol Microphysics Parameterizations in E3SMv2

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.21233v1
• Date: Thu, 23 Apr 2026 02:58:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-24 14:40:06.271226
• Title: Assessing Emulator Design and Training for Modal Aerosol Microphysics Parameterizations in E3SMv2
• Title（参考訳）: E3SMv2におけるモルタルエアロゾルマイクロ物理パラメータ化のエミュレータ設計と訓練の評価
• Authors: Shady E. Ahmed, Hui Wan, Saad Qadeer, Panos Stinis, Kezhen Chong, Mohammad Taufiq Hassan Mozumder, Kai Zhang, Ann S. Almgren,
• Abstract要約: 我々は、エネルギ・エクサスケール地球系モデル2(E3SMv2)における雲のない条件下でのエアロゾル微物理過程のエミュレーションを探索する。 その結果,最適化収束,スケーリング戦略,ネットワーク複雑性がエミュレーション精度に強く影響していることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.128876299109293
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Toward the goal of using Scientific Machine Learning (SciML) emulators to improve the numerical representation of aerosol processes in global atmospheric models, we explore the emulation of aerosol microphysics processes under cloud-free conditions in the 4-mode Modal Aerosol Module (MAM4) within the Energy Exascale Earth System Model version 2 (E3SMv2). To develop an in-depth understanding of the challenges and opportunities in applying SciML to aerosol processes, we begin with a simple feedforward neural network architecture that has been used in earlier studies, but we systematically examine key emulator design choices, including architecture complexity and variable normalization, while closely monitoring training convergence behavior. Our results show that optimization convergence, scaling strategy, and network complexity strongly influence emulation accuracy. When effective scaling is applied and convergence is achieved, the relatively simple architecture, used together with a moderate network size, can reproduce key features of the microphysics-induced aerosol concentration changes with promising accuracy. These findings provide practical clues for the next stages of emulator development; they also provide general insights that are likely applicable to the emulation of other aerosol processes, as well as other atmospheric physics involving multi-scale variability.
• Abstract（参考訳）: 大気モデルにおけるエアロゾルプロセスの数値表現を改善するためにSciMLエミュレータを使用する目的に向けて,エネルギ・エクサスケール地球系モデル2 (E3SMv2) 内の4モードモードのムーダルエアロゾルモジュール (MAM4) 内の雲のない条件下でのエアロゾルマイクロ物理プロセスのエミュレーションについて検討する。 エアロゾルプロセスにSciMLを適用する際の課題と機会を深く理解するために,従来研究で用いられてきた単純なフィードフォワードニューラルネットワークアーキテクチャから始める。 その結果,最適化収束,スケーリング戦略,ネットワーク複雑性がエミュレーション精度に強く影響していることが示唆された。 有効スケーリングが適用され収束が達成されると、比較的単純なアーキテクチャは、適度なネットワークサイズとともに、望ましくない精度で微小物理学によるエアロゾル濃度変化の鍵となる特徴を再現することができる。 これらの発見は、エミュレータ開発の次の段階での実践的な手がかりとなり、また、他のエアロゾルプロセスのエミュレーションや、マルチスケールの変動性を含む他の大気物理学にも適用可能な一般的な知見を提供する。

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