E3SM版本2大气模型的基于PCA的空间场替代自动校准
摘要：全球气候模型（GCM）调整（校准）是一项繁琐且耗时的过程，涉及高维度的输入和输出字段。通常，专家们通过迭代地运行气候模拟，使用手动选择的调整参数值来进行调优。许多统计和气候文献中提出了替代的校准方法，但大多数都不实用或难以实施。本文提出了一个实用、稳健和严格的校准方法，应用于能源部能量桅杆地球系统模型（E3SM）第二版的仅大气模型。我们的方法可以概括为两个主要部分：（1）训练一个能够在比运行E3SM更短的时间内预测E3SM输出的替代模型；（2）基于梯度的参数优化。为了训练替代模型，我们生成一组由设计的模型运行组成的集合，覆盖输入参数空间，并在减少的输出空间上使用多项式混沌展开来拟合E3SM的输出。我们使用这个替代模型在一个优化方案中来确定使我们的模型与气候观测的格点空间场最匹配的输入参数值。为了验证我们选择的参数，我们使用最佳参数值运行E3SMv2，并将预测结果与经过专家调整的模拟结果进行比较，涉及45个不同的输出字段。这种灵活、稳健和自动化的方法易于实施，并且我们证明，与经过专家调整的参数值相比，在考虑高维度输出且运行时间仅为一小部分的情况下，得到的模型输出与现有气候观测相匹配或更好。
作者：Drew Yarger, Benjamin Wagman, Lyndsay Shand, Kenny Chowdhary
论文ID：2308.06877
分类：Applications
分类简称：stat.AP
提交时间：2023-08-15