Skip to main content
European Commission logo print header

Understanding and Modelling the Earth System with Machine Learning

Opis projektu

Uczenie maszynowe w tworzeniu modeli klimatycznych

Modele systemu ziemskiego są podstawą zrozumienia i przewidywania zmian klimatycznych. Pomimo postępu w tej dziedzinie możliwość modelowego symulowania tak globalnych, jak i lokalnych odpowiedzi systemu ziemskiego jest ograniczona reprezentacją procesów fizycznych i biologicznych zachodzących w małej skali. Finansowany ze środków UE projekt USMILE zakłada wykorzystanie uczenia maszynowego w celu poprawy skuteczności modelowania i uzyskania lepszego zrozumienia systemu ziemskiego. Badacze opracują algorytmy uczenia maszynowego, które zostaną następnie wykorzystane do ulepszenia zestawów danych obserwacyjnych dotyczących Ziemi z uwzględnieniem kowariancji przestrzenno-czasowych oraz parametryzacji bazującej na uczeniu maszynowym, a także z wykorzystaniem modeli podrzędnych. Algorytmy te zostaną użyte do modelowania procesów zachodzących w chmurach i na powierzchni Ziemi, które, dotąd niemodelowane, od dziesięcioleci uniemożliwiały postęp w tworzeniu modeli klimatycznych. Ponadto pozwolą one, za pomocą nowatorskich technik uczenia głębokiego i zwykłego odkrywania przyczyn, wykryć i wyjaśnić tryby zmienności klimatu i wyznaczyć ekstrema funkcji wielowymiarowych, a także odkryć pewne aspekty dynamiki systemu ziemskiego.

Cel

Earth system models are fundamental to understand climate change. Although they have improved significantly, considerable biases and uncertainties in their projections remain. Process parameterisations limit the models’ ability to simulate both global and regional Earth system responses, which are key for assessing climate change and its impacts on ecosystems and society. In recent years, the volume of data from high-resolution models and observations has substantially increased to petabyte scales. Concomitantly, the field of machine learning (ML) has quickly developed, promising breakthroughs in detecting and analysing non-linear relationships and patterns in large multivariate datasets. Yet, traditionally, physical modelling and ML have been often treated as two different worlds with opposite scientific paradigms (theory-driven versus data-driven). Thus, despite its great potential, ML has not yet been widely adopted for addressing the urgent need of improved understanding and modelling of the Earth system. USMILE will combine multi-disciplinary expertise in ML and process-based atmosphere and land modelling to completely rethink model development and evaluation. ML will further allow us to define novel observational constraints on Earth system feedbacks and climate projections. We will (1) develop ML algorithms to enhance Earth observation datasets accounting for spatio-temporal covariations, (2) deploy ML-based parameterisations and sub-models for clouds and land-surface processes that have hindered progress in climate modelling for decades, and (3) detect and understand modes of climate variability, multivariate extremes and uncover dynamical aspects of the Earth system with novel deep learning and causal inference techniques. USMILE will drive a paradigm shift in the current modelling of the Earth system towards a new data-driven physics-aware science and to an unprecedented reduction of uncertainties in projections.

System finansowania

ERC-SyG - Synergy grant

Koordynator

DEUTSCHES ZENTRUM FUR LUFT - UND RAUMFAHRT EV
Wkład UE netto
€ 2 977 864,00
Adres
Linder hohe
51147 Koln
Niemcy

Zobacz na mapie

Region
Nordrhein-Westfalen Köln Köln, Kreisfreie Stadt
Rodzaj działalności
Research Organisations
Linki
Środki z innych źródeł
€ 0,00

Beneficjenci (4)