SwinRDM: Integrate SwinRNN with Diffusion Model towards High-Resolution and High-Quality Weather Forecasting

杠杆(统计) 数值天气预报 位势高度 计算机科学 模型输出统计 计算 天气预报 气象学 环境科学 降水 算法 机器学习 地理
作者
Lei Chen,Du Fei,Yuan Hu,Zhibin Wang,Fan Wang
出处
期刊:Proceedings of the ... AAAI Conference on Artificial Intelligence [Association for the Advancement of Artificial Intelligence (AAAI)]
卷期号:37 (1): 322-330 被引量:15
标识
DOI:10.1609/aaai.v37i1.25105
摘要

Data-driven medium-range weather forecasting has attracted much attention in recent years. However, the forecasting accuracy at high resolution is unsatisfactory currently. Pursuing high-resolution and high-quality weather forecasting, we develop a data-driven model SwinRDM which integrates an improved version of SwinRNN with a diffusion model. SwinRDM performs predictions at 0.25-degree resolution and achieves superior forecasting accuracy to IFS (Integrated Forecast System), the state-of-the-art operational NWP model, on representative atmospheric variables including 500 hPa geopotential (Z500), 850 hPa temperature (T850), 2-m temperature (T2M), and total precipitation (TP), at lead times of up to 5 days. We propose to leverage a two-step strategy to achieve high-resolution predictions at 0.25-degree considering the trade-off between computation memory and forecasting accuracy. Recurrent predictions for future atmospheric fields are firstly performed at 1.40625-degree resolution, and then a diffusion-based super-resolution model is leveraged to recover the high spatial resolution and finer-scale atmospheric details. SwinRDM pushes forward the performance and potential of data-driven models for a large margin towards operational applications.
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