ISSN 1004-4965

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基于深度学习的数值模式降水产品降尺度方法

程文聪 史小康 张文军 王志刚 邢平

程文聪, 史小康, 张文军, 王志刚, 邢平. 基于深度学习的数值模式降水产品降尺度方法[J]. 热带气象学报, 2020, 36(3): 307-316. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.029
引用本文: 程文聪, 史小康, 张文军, 王志刚, 邢平. 基于深度学习的数值模式降水产品降尺度方法[J]. 热带气象学报, 2020, 36(3): 307-316. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.029
Wen-cong CHENG, Xiao-kang SHI, Wen-jun ZHANG, Zhi-gang WANG, ping XING. AN NWP PRECIPITATION PRODUCTS DOWNSCALING METHOD BASED ON DEEP LEARNING[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(3): 307-316. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.029
Citation: Wen-cong CHENG, Xiao-kang SHI, Wen-jun ZHANG, Zhi-gang WANG, ping XING. AN NWP PRECIPITATION PRODUCTS DOWNSCALING METHOD BASED ON DEEP LEARNING[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(3): 307-316. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.029

基于深度学习的数值模式降水产品降尺度方法

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.029
基金项目: 

高分对地观测专项项目 GFZX0402180102

详细信息
    通讯作者:

    程文聪,男,河北省人,高级工程师,博士,研究方向为气象数据分析和挖掘。E-mail:emailtocheng@sina.com

  • 中图分类号: P435

AN NWP PRECIPITATION PRODUCTS DOWNSCALING METHOD BASED ON DEEP LEARNING

  • 摘要: 提出一种基于深度学习的数值模式降水产品降尺度方法。利用深度学习的非线性映射能力和对栅格数据的信息提取能力,建立深度超分辨率模型提取不同分辨率数值模式降水产品间相对应的有效信息,从而将低分辨率数值模式降水产品利用提取的信息重构为高分辨率产品,继而通过构建多时次组合降尺度深度模型提取时间关联性进一步提升了重构准确性。基于欧洲中期天气预报中心不同尺度数值模式降水产品的实验表明所提方法能够比常用的双三次插值方法更有效地将低分辨率降水产品转换为对应的高分辨率产品。

     

  • 图  1  基于深度学习的模式产品降尺度方法流程

    图  2  卷积神经网络结构

    图  3  卷积操作示意图

    图  4  残差模块结构

    图  5  ReLU函数的示意图

    图  6  单时次深度精细化模型NWP-STSR

    图  7  多时次组合深度精细化模型NWP-MTSR

    图  8  源资料为0.5 °×0.5 °分辨率产品训练数据量对结果的影响(MAE指标)

    图  9  源资料为1 °×1 °分辨率产品训练数据量对结果的影响(MAE指标)

    图  10  2019年7月5日15时降水产品降尺度效果

    a. 1 °×1 °低分辨率产品;b.双三次插值得到的高分辨率产品;c.基于深度学习的方法得到的高分辨率产品;d.实际0.25 °×0.25 °高分辨率产品。

    图  11  2019年7月15日00点降水产品降尺度效果

    a. 0.5 °×0.5 °低分辨率产品;b.双三次插值得到的高分辨率产品;c.基于深度学习的方法得到的高分辨率产品;d.实际0.25 °×0.25 °高分辨率产品。

    表  1  0.5 °×0.5 °分辨率产品向0.25 °×0.25 °分辨率产品

    采用方法 MAE/mm MSE/mm2
    多时次组合模型 0.208 0.160
    单时次模型 0.216 0.175
    双三次插值 0.388 0.498
    下载: 导出CSV

    表  2  1 °×1 °分辨率产品向0.25 °×0.25 °分辨率产品转换

    采用方法 MAE/mm MSE/mm2
    多时次组合模型 0.471 0.753
    单时次模型 0.494 0.819
    双三次插值 0.553 0.985
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-31
  • 修回日期:  2020-02-28
  • 刊出日期:  2020-06-01

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