Accurate long-range weather forecasting remains a major challenge for AI models, both because errors accumulate over autoregressive rollouts and because reanalysis training datasets provide limited sampling of the slow modes of variability underpinning predictability. Most AI and all numerical weather prediction models are autoregressive, repeatedly applying short-lead forecasts to reach subseasonal-to-seasonal (S2S) or seasonal lead times, often causing instability and miscalibration. Long-timestep probabilistic models that generate long-range forecasts in a single step offer an alternative, but training on the 40-year reanalysis record leads to overfitting, suggesting orders of magnitude more data are required. We introduce long-range distillation, whereby a long-timestep probabilistic ``student'' model is trained to forecast directly at long-range using a huge synthetic dataset generated by an autoregressive ``teacher'' model. Using the Deep Learning Earth System Model (DLESyM) as teacher, we generate over 10,000 years of simulated climate to train student models across a range of timescales. In perfect-model experiments, the distilled models outperform climatology and approach their teacher's skill while replacing hundreds of autoregressive steps with a single timestep. In the real world, both a diffusion model student fine-tuned on ERA5 and a linear inverse model student with mixed DLESyM-ERA5 training achieve S2S forecast skill competitive with the ECMWF IFS ensemble, with synthetic pre-training providing improvements beyond ERA5-only training. This demonstrates the benefit of synthetic pre-training for both deep learning and classical data-driven methods, and represents the first demonstration that real-world skill can be improved by training on AI-generated synthetic data in volumes far exceeding the observational record.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
AI大模型技术在电力系统中的应用及发展趋势
专知会员服务
18+阅读 · 2025年6月23日
深度学习与基础模型在天气预测中的应用:综述
专知会员服务
25+阅读 · 2025年1月15日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 10月6日
VIP会员
最新内容
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
7+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
8+阅读 · 10月15日
综述|谁来改进机器人?迈向物理递归自我改进
专知会员服务
9+阅读 · 10月14日
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
10+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
13+阅读 · 10月13日
相关VIP内容
AI大模型技术在电力系统中的应用及发展趋势
专知会员服务
18+阅读 · 2025年6月23日
深度学习与基础模型在天气预测中的应用:综述
专知会员服务
25+阅读 · 2025年1月15日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员