Forecasting the occurrence of heatwaves constitutes a challenging issue, yet of major societal stake, because extreme events are not often observed and (very) costly to simulate from physics-driven numerical models. The present work aims to explore the use of Deep Learning architectures as alternative strategies to predict extreme heatwaves occurrences from a very limited amount of available relevant climate data. This implies addressing issues such as the aggregation of climate data of different natures, the class-size imbalance that is intrinsically associated with rare event prediction, and the potential benefits of transfer learning to address the nested nature of extreme events (naturally included in less extreme ones). Using 1000 years of state-of-the-art PlaSim Planete Simulator Climate Model data, it is shown that Convolutional Neural Network-based Deep Learning frameworks, with large-class undersampling and transfer learning achieve significant performance in forecasting the occurrence of extreme heatwaves, at three different levels of intensity, and as early as 15 days in advance from the restricted observation, for a single time (single snapshoot) of only two spatial fields of climate data, surface temperature and geopotential height.


翻译:预测热浪的发生是一个具有挑战性的问题,但具有重大的社会利害关系,因为极端事件往往没有观测到,从物理学驱动的数字模型中模拟,费用昂贵。目前的工作旨在探索利用深温学习结构作为替代战略,从非常有限的可用相关气候数据中预测极端热浪的发生,这意味着要解决以下问题,例如不同性质的气候数据汇总、与稀有事件预测内在相关的阶级规模不平衡,以及为解决极端事件(自然包含在较不极端的事件)的巢性而转移学习的潜在好处。 利用1000年最先进的PalSim行星模拟模拟气候模型数据,可以证明以革命性神经网络为基础的深温学习框架,以大型的低温和转移学习为基础,在三个不同强度的高度和从受限观测开始的15天之前的单一时间(单点闪烁)在预测极端热浪的发生方面取得了显著的成绩,其中只有两个空间领域,即地表温度和地缘高。

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