高分辨率CoLM陆面模式的自适应参数学习
编号:202
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更新:2025-03-27 15:38:20
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口头报告
摘要
随着陆面模式的日益复杂化,参数校准面临严峻挑战。传统优化算法在计算成本和空间泛化能力方面存在局限,而基于深度学习的优化框架——可微分参数学习(dPL)在降低计算成本的同时,提高了空间泛化能力。然而,dPL 生成的参数在增强陆面模拟方面的有效性尚需进一步验证。为此,本文提出了一种基于深度学习的自适应参数学习(APL)框架,以优化 Common Land Model(CoLM) 的关键参数,并用于模拟东北地区高分辨率土壤湿度。我们首先构建了一个长短期记忆网络作为替代模型,以捕捉CoLM 关键参数、气象强迫数据与土壤湿度模拟之间的关系。基于dPL框架的初步参数优化在一定程度上提升了土壤湿度模拟的准确性,但同时暴露出替代模型与基于过程的陆面模式(CoLM)之间的性能差异。针对这一问题,APL框架在dPL的基础上进一步优化,通过扩展训练数据集并进行迭代训练,不断提升替代模型对CoLM物理过程的近似能力,从而获得更稳健的参数估计。为了全面评估APL框架的有效性,本文采用偏差、均方根误差、相关系数和Kling-Gupta效率四个指标进行模拟性能对比。结果表明,APL在所有指标上均优于dPL,同时这两种深度学习优化框架均能够提供稳健的参数估计。本研究强调了深度学习驱动的参数优化框架在陆面模式中的潜力。APL框架不仅提升了计算效率,还增强了模型的空间一致性,并提高了对气象强迫和参考数据不确定性的适应能力,从而有效克服了传统参数校准方法的不足。
关键词
CoLM陆面模式,深度学习,参数优化,土壤湿度
稿件作者
李剑铎
中国气象科学研究院;中国气象局地球系统数值预报中心
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