Artificial intelligence reconstructs missing climate information

修补 气候学 缺少数据 系列(地层学) 克里金 气候变化 耦合模型比对项目 插值(计算机图形学) 气候模式 计算机科学 气象学 地质学 地理 环境科学 人工智能 图像(数学) 机器学习 古生物学 海洋学
作者
Christopher Kadow,David Hall,Uwe Ulbrich
出处
期刊:Nature Geoscience [Springer Nature]
卷期号:13 (6): 408-413 被引量:170
标识
DOI:10.1038/s41561-020-0582-5
摘要

Historical temperature measurements are the basis of global climate datasets like HadCRUT4. This dataset contains many missing values, particularly for periods before the mid-twentieth century, although recent years are also incomplete. Here we demonstrate that artificial intelligence can skilfully fill these observational gaps when combined with numerical climate model data. We show that recently developed image inpainting techniques perform accurate monthly reconstructions via transfer learning using either 20CR (Twentieth-Century Reanalysis) or the CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) experiments. The resulting global annual mean temperature time series exhibit high Pearson correlation coefficients (≥0.9941) and low root mean squared errors (≤0.0547 °C) as compared with the original data. These techniques also provide advantages relative to state-of-the-art kriging interpolation and principal component analysis-based infilling. When applied to HadCRUT4, our method restores a missing spatial pattern of the documented El Nino from July 1877. With respect to the global mean temperature time series, a HadCRUT4 reconstruction by our method points to a cooler nineteenth century, a less apparent hiatus in the twenty-first century, an even warmer 2016 being the warmest year on record and a stronger global trend between 1850 and 2018 relative to previous estimates. We propose image inpainting as an approach to reconstruct missing climate information and thereby reduce uncertainties and biases in climate records. An artificial intelligence-based method may infill gaps in historical temperature data more effectively than conventional techniques. Application of this method reveals a stronger global warming trend between 1850 and 2018 than estimated previously.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
司空白易发布了新的文献求助10
1秒前
GZHD发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
hotcas完成签到,获得积分0
3秒前
呆萌连碧发布了新的文献求助10
3秒前
朱富强发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
李健的小迷弟应助晴朗采纳,获得10
4秒前
善学以致用应助友好雨安采纳,获得10
5秒前
5秒前
白罗发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
15631155135完成签到,获得积分10
6秒前
科研通AI6.1应助zhhh采纳,获得10
6秒前
自由大碗完成签到 ,获得积分10
6秒前
pokemeow发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
7秒前
7秒前
jia发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
8秒前
科研通AI6.1应助明亮梦山采纳,获得10
8秒前
一壶古酒应助兴奋的大树采纳,获得50
8秒前
FashionBoy应助Kkkkk采纳,获得10
8秒前
9秒前
9秒前
9秒前
吴青发布了新的文献求助200
10秒前
光而不耀完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
12秒前
12秒前
12秒前
jia完成签到,获得积分20
13秒前
13秒前
友好雨安完成签到,获得积分20
13秒前
迅速的岩发布了新的文献求助10
13秒前
落寞臻完成签到,获得积分10
14秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Agyptische Geschichte der 21.30. Dynastie 3000
„Semitische Wissenschaften“? 1510
从k到英国情人 1500
Cummings Otolaryngology Head and Neck Surgery 8th Edition 800
Real World Research, 5th Edition 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5759899
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5522591
关于积分的说明 15395720
捐赠科研通 4896858
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2633939
邀请新用户注册赠送积分活动 1581980
关于科研通互助平台的介绍 1537467