We introduce a machine-learning (ML)-based weather simulator--called "GraphCast"--which outperforms the most accurate deterministic operational medium-range weather forecasting system in the world, as well as all previous ML baselines. GraphCast is an autoregressive model, based on graph neural networks and a novel high-resolution multi-scale mesh representation, which we trained on historical weather data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF)'s ERA5 reanalysis archive. It can make 10-day forecasts, at 6-hour time intervals, of five surface variables and six atmospheric variables, each at 37 vertical pressure levels, on a 0.25-degree latitude-longitude grid, which corresponds to roughly 25 x 25 kilometer resolution at the equator. Our results show GraphCast is more accurate than ECMWF's deterministic operational forecasting system, HRES, on 90.0% of the 2760 variable and lead time combinations we evaluated. GraphCast also outperforms the most accurate previous ML-based weather forecasting model on 99.2% of the 252 targets it reported. GraphCast can generate a 10-day forecast (35 gigabytes of data) in under 60 seconds on Cloud TPU v4 hardware. Unlike traditional forecasting methods, ML-based forecasting scales well with data: by training on bigger, higher quality, and more recent data, the skill of the forecasts can improve. Together these results represent a key step forward in complementing and improving weather modeling with ML, open new opportunities for fast, accurate forecasting, and help realize the promise of ML-based simulation in the physical sciences.


翻译:我们引入了一个基于机器学习(ML)的气象模拟器,称为“GraphCast”,它比世界上最精确的中程运行气象预报系统以及以往所有 ML 基线高出最精确的中程天气预报系统。GreagCast是一个自动递减模型,以图形神经网络和新颖的高分辨率多级网格为根据,我们从欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析档案中接受了历史天气数据培训。它可以比世界最精确的六小时间隔,在0.25度纬度的垂直压力水平上,对五个地表变量和六个大气变量作出10天的预测。GreagCast是一个自动递减模型,比欧洲中程天气预报中心(ECMWF)的确定性操作预报系统(HRES)的90.0%的基础,我们评估的开放变量和周期组合。GragCast还比以往最精确的ML 10:35 以ML 质量预测模型为基础,在10-L 数据预测模型下,用最精确的M-L 质量指标模型来改进了M-25 。

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