Forecast errors in high-resolution numerical weather prediction (NWP) systems are often linked to unresolved planetary boundary layer (PBL) processes, convection, terrain-induced circulations, and other vertically structured atmospheric phenomena. Previous work demonstrated that Long Short-Term Memory (LSTM) networks can successfully predict forecast errors in the High-Resolution Rapid Refresh (HRRR) model using mesonet observations, but we believe performance degradation is linked to periods of complex vertical atmospheric evolution. To address this limitation, we develop a hybrid LSTM-Vision Transformer (LSTM-ViT) framework that combines temporal sequence learning from surface observations with atmospheric profiles from the New York State Mesonet profiler network. The LSTM-ViT framework is trained to predict HRRR hourly precipitation, 10 m wind speed, and 2 m temperature forecast errors at individual mesonet stations. Across all three predictors, incorporation of profiler-derived atmospheric structure improves forecast error prediction skill relative to the baseline LSTM architecture, with the largest gains occurring at shorter forecast lead times and during periods of enhanced PBL activity. Improvements are particularly pronounced for precipitation forecast error, where the LSTM-ViT framework achieves approximately a twofold increase in predictive skill relative to the baseline LSTM while better capturing convectively driven error evolution and reducing degradation associated with PBL processes. These results demonstrate that combining temporal sequence learning with vertically informed attention mechanisms provides a physically meaningful pathway for improving forecast error prediction in operational NWP systems. Our research offers forecasters enhanced guidance regarding model bias and forecast confidence.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

长短期记忆网络(LSTM)是一种用于深度学习领域的人工回归神经网络(RNN)结构。与标准的前馈神经网络不同,LSTM具有反馈连接。它不仅可以处理单个数据点(如图像),还可以处理整个数据序列(如语音或视频)。例如,LSTM适用于未分段、连接的手写识别、语音识别、网络流量或IDSs(入侵检测系统)中的异常检测等任务。
战场环境灾害天气信息保障技术及其发展趋势
专知会员服务
33+阅读 · 2024年3月22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
H-Nets:让CNN的旋转等变性更加稳定
论智
12+阅读 · 2018年4月18日
【推荐】用TensorFlow实现LSTM社交对话股市情感分析
机器学习研究会
11+阅读 · 2018年1月14日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 5月25日
VIP会员
最新内容
《美空军2026条令文件:对海压制作战》
专知会员服务
12+阅读 · 11月9日
人工智能与战争的未来
专知会员服务
5+阅读 · 11月8日
《Agent Mosaic:识别智能体LLM系统中的机密泄露》
人工智能在军事教育中的应用:若干视角与经验
“星链”减速与不断适应的乌克兰
专知会员服务
7+阅读 · 11月6日
美国中期选举之后:帕兰提尔面临不确定性?
专知会员服务
4+阅读 · 11月6日
相关VIP内容
战场环境灾害天气信息保障技术及其发展趋势
专知会员服务
33+阅读 · 2024年3月22日
相关资讯
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
H-Nets:让CNN的旋转等变性更加稳定
论智
12+阅读 · 2018年4月18日
【推荐】用TensorFlow实现LSTM社交对话股市情感分析
机器学习研究会
11+阅读 · 2018年1月14日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
相关基金
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员