Aerosol particles play an important role in the climate system by absorbing and scattering radiation and influencing cloud properties. They are also one of the biggest sources of uncertainty for climate modeling. Many climate models do not include aerosols in sufficient detail. In order to achieve higher accuracy, aerosol microphysical properties and processes have to be accounted for. This is done in the ECHAM-HAM global climate aerosol model using the M7 microphysics model, but increased computational costs make it very expensive to run at higher resolutions or for a longer time. We aim to use machine learning to approximate the microphysics model at sufficient accuracy and reduce the computational cost by being fast at inference time. The original M7 model is used to generate data of input-output pairs to train a neural network on it. By using a special logarithmic transform we are able to learn the variables tendencies achieving an average $R^2$ score of $89\%$. On a GPU we achieve a speed-up of 120 compared to the original model.


翻译:气溶胶粒子通过吸收和散布辐射并影响云性,在气候系统中发挥着重要作用。它们也是气候建模的最大不确定性来源之一。许多气候模型并不包括气溶胶。为了实现更高的精确度,必须说明气溶胶微物理特性和过程。这是在使用M7微物理模型的ECHAM-HAM全球气候气溶胶模型中完成的,但计算成本的增加使得高分辨率运行或更长的时间运行非常昂贵。我们的目标是利用机器学习,以足够精确的方式接近微物理模型,并通过快速的推论时间降低计算成本。原始M7模型用于生成投入-输出对子的数据,用于为此培训神经网络。通过特殊的对数转换,我们可以了解平均达到$R2美元分数89 元的变量趋势。在GPU上,我们比原始模型的速增速120美元。

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