We introduce a universal diffusion-based downscaling framework that lifts deterministic low-resolution weather forecasts into probabilistic high-resolution predictions without any model-specific fine-tuning. A single conditional diffusion model is trained on paired coarse-resolution inputs (~25 km resolution) and high-resolution regional reanalysis targets (~5 km resolution), and is applied in a fully zero-shot manner to deterministic forecasts from heterogeneous upstream weather models. Focusing on near-surface variables, we evaluate probabilistic forecasts against independent in situ station observations over lead times up to 90 h. Across a diverse set of AI-based and numerical weather prediction (NWP) systems, the ensemble mean of the downscaled forecasts consistently improves upon each model's own raw deterministic forecast, and substantially larger gains are observed in probabilistic skill as measured by CRPS. These results demonstrate that diffusion-based downscaling provides a scalable, model-agnostic probabilistic interface for enhancing spatial resolution and uncertainty representation in operational weather forecasting pipelines.


翻译:本文提出了一种通用的基于扩散模型的降尺度框架,该框架能够将确定性低分辨率天气预报提升为概率性高分辨率预测,且无需任何模型特定的微调。我们基于配对粗分辨率输入(约25公里分辨率)和高分辨率区域再分析目标(约5公里分辨率)训练单一条件扩散模型,并以完全零样本方式将其应用于异构上游天气模型的确定性预报。聚焦于近地表变量,我们针对长达90小时的预报时效,利用独立地面站点观测数据评估概率预报性能。在涵盖多种基于人工智能的数值天气预报系统范围内,降尺度预报的集合平均持续优于各模型自身的原始确定性预报,且以连续分级概率评分衡量的概率技巧提升更为显著。这些结果表明,基于扩散模型的降尺度方法为业务天气预报流程提供了一种可扩展、模型无关的概率接口,有效增强了空间分辨率与不确定性表征能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

本话题关于日常用语「概率」,用于讨论生活中的运气、机会,及赌博、彩票、游戏中的「技巧」。关于抽象数学概念「概率」的讨论,请转 概率(数学)话题。
扩散模型量化综述
专知会员服务
18+阅读 · 2025年5月11日
《扩散模型及其应用》最新综述
专知会员服务
50+阅读 · 2024年8月21日
低层视觉中的扩散模型:综述
专知会员服务
22+阅读 · 2024年6月18日
扩散模型概述:应用、引导生成、统计率和优化
专知会员服务
47+阅读 · 2024年4月14日
去噪扩散概率模型,46页ppt
专知会员服务
63+阅读 · 2023年1月4日
从泰勒展开来看梯度下降算法
深度学习每日摘要
13+阅读 · 2019年4月9日
简述多种降维算法
算法与数学之美
11+阅读 · 2018年9月23日
用 LDA 和 LSA 两种方法来降维和做 Topic 建模
AI研习社
13+阅读 · 2018年8月24日
精品公开课 | 随机梯度下降算法综述
七月在线实验室
13+阅读 · 2017年7月11日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017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
4+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
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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017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
4+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
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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员