Weather predictions are often provided as ensembles generated by repeated runs of numerical weather prediction models. These forecasts typically exhibit bias and inaccurate dependence structures due to numerical and dispersion errors, requiring statistical postprocessing for improved precision. A common correction strategy is the two-step approach: first adjusting the univariate forecasts, then reconstructing the multivariate dependence. The second step is usually handled with nonparametric methods, which can underperform when historical data are limited. Parametric alternatives, such as the Gaussian Copula Approach (GCA), offer theoretical advantages but often produce poorly calibrated multivariate forecasts due to random sampling of the corrected univariate margins. In this work, we introduce COBASE, a novel copula-based postprocessing framework that preserves the flexibility of parametric modeling while mimicking the nonparametric techniques through a rank-shuffling mechanism. This design ensures calibrated margins and realistic dependence reconstruction. We evaluate COBASE on multi-site 2-meter temperature forecasts from the ALADIN-LAEF ensemble over Austria and on joint forecasts of temperature and dew point temperature from the ECMWF system in the Netherlands. Across all regions, COBASE variants consistently outperform traditional copula-based approaches, such as GCA, and achieve performance on par with state-of-the-art nonparametric methods like SimSchaake and ECC, with only minimal differences across settings. These results position COBASE as a competitive and robust alternative for multivariate ensemble postprocessing, offering a principled bridge between parametric and nonparametric dependence reconstruction.


翻译:天气预报常以数值天气预报模式多次运行生成的集合形式提供。由于数值误差和离散误差,这些预报通常存在偏差且依赖结构不准确,需通过统计后处理以提高精度。常见的校正策略为两步法:首先调整单变量预报,随后重建多变量依赖关系。第二步通常采用非参数方法处理,但在历史数据有限时可能表现不佳。参数化替代方法(如高斯Copula方法)具有理论优势,但由于对校正后单变量边缘分布进行随机采样,常导致多变量预报校准不佳。本研究提出COBASE,一种基于Copula的新型后处理框架,该框架通过秩重排机制在保持参数化建模灵活性的同时模拟非参数技术。此设计确保了边缘分布的校准与依赖关系的真实重建。我们在奥地利地区的ALADIN-LAEF集合多站点2米温度预报,以及荷兰地区ECMWF系统的温度与露点温度联合预报上评估COBASE。在所有区域中,COBASE变体均持续优于传统基于Copula的方法(如GCA),并与SimSchaake、ECC等先进非参数方法性能相当,不同设置间差异极小。这些结果表明COBASE可作为多变量集合后处理中具有竞争力且稳健的替代方案,为参数化与非参数化依赖重建提供了理论桥梁。

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