論文の概要: Physics-Guided Dual Decoding and Spectral Supervision for Global 3D Hydrometeor Prediction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.08563v1
• Date: Sun, 07 Jun 2026 10:38:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-09 14:42:06.264098
• Title: Physics-Guided Dual Decoding and Spectral Supervision for Global 3D Hydrometeor Prediction
• Title（参考訳）: 物理誘導デュアルデコードと分光法によるグローバル3次元ハイドロメータ予測
• Authors: Dandan Chen, Yaqiang Wang,
• Abstract要約: これらの変数の無膨らみ、長い尾の分布のため、3次元のハイドロメータ予測は困難である。 このような平滑化を緩和する物理誘導型デュアルデコーディングフレームワークであるPredHydro-Netを提案する。 ウェーブレットに基づく周波数デカップリング、スペクトル振幅マッチング、および対向トレーニングを統合することにより、定量的精度と空間忠実度の間の良好なトレードオフを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.1603484118769476
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: While global data-driven models excel at predicting continuous atmospheric variables, three-dimensional hydrometeor forecasting remains challenging due to the zero-inflated, long-tailed distributions of these variables. Standard deep learning optimization often yields overly smooth forecasts, attenuating extreme events and spatial textures. We propose PredHydro-Net, a physics-guided dual-decoding framework that mitigates this smoothing. To resolve multi-variable optimization conflicts, it employs a decoupled architecture where macroscopic thermodynamic and dynamic fields unidirectionally modulate hydrometeor generation. By integrating wavelet-based frequency decoupling, spectral amplitude matching, and adversarial training, the model achieves a favorable trade-off between quantitative accuracy and spatial fidelity. In a 72-h global evaluation, PredHydro-Net outperforms both spatiotemporal deep learning baselines (Earthformer and PredRNNv2) and the operational Global Forecast System (GFS) in extreme-event detection and spectral representation. Furthermore, it demonstrates strong climatological consistency with Global Precipitation Measurement (GPM) satellite retrievals. The model reasonably reproduces the three-dimensional cloud structures in extreme weather events, such as Hurricane Ian. Feature attribution confirms its dependence on physical precursors such as relative humidity and wind convergence, offering a robust, physics-informed approach to long-tailed atmospheric prediction.
• Abstract（参考訳）: グローバルなデータ駆動モデルは連続した大気変数を予測するのに優れていますが、これらの変数の無膨らんだ長い尾の分布のため、3次元のハイドロメータ予測は難しいままです。 標準的なディープラーニングの最適化は、しばしば過度に滑らかな予測をもたらし、極端な出来事や空間的なテクスチャを減衰させる。 このような平滑化を緩和する物理誘導型デュアルデコーディングフレームワークであるPredHydro-Netを提案する。 多変量最適化の競合を解決するために、マクロ熱力学および動的場が一方向のハイドロメータ生成を変調する疎結合アーキテクチャを用いる。 ウェーブレットに基づく周波数デカップリング、スペクトル振幅マッチング、および対向トレーニングを統合することにより、定量的精度と空間忠実度の間の良好なトレードオフを実現する。 72時間の世界評価では、PredHydro-Netは時空間深層学習ベースライン(EarthformerとPredRNNv2)と、極端変動検出およびスペクトル表現における運用グローバル予測システム(GFS)の両方に優れる。 さらに、GPM(Global Precipitation Measurement)衛星の観測と強い気候的整合性を示す。 このモデルはハリケーン・イアンのような極度の気象事象で3次元の雲構造を合理的に再現する。 特徴の帰属は、相対湿度や風の収束のような物理的前駆体への依存を確認し、長い尾の大気予測に対する堅牢で物理学的なインフォームドアプローチを提供する。

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