我们基准了一个简单学习模型的亚季节预测工具包，该工具包优于操作实践和最先进的机器学习和深度学习方法。这些模型，由Mouatadid等人引入。 （2022），包括（a）气候++，这是气候学的一种适应性替代品，对于降水而言，准确性9％，比美国运营气候预测系统（CFSV2）高9％，熟练250％； （b）CFSV2 ++，一种学习的CFSV2校正，可将温度和降水精度提高7-8％，技能提高50-275％； （c）持久性++是一种增强的持久性模型，将CFSV2预测与滞后测量相结合，以将温度和降水精度提高6-9％，技能提高40-130％。在整个美国，气候++，CFSV2 ++和持久性++工具包始终优于标准气象基准，最先进的机器和深度学习方法，以及欧洲中等范围的天气预报集合中心。

季节预测$ \ unicode {x2013} $预测温度和降水量为2至6周$ \ unicode {x2013} $，对于有效的水分配，野火管理，干旱和缓解洪水至关重要。最近的国际研究工作提高了操作动力学模型的亚季节能力，但是温度和降水预测技能仍然很差，部分原因是代表动态模型内大气动力学和物理学的顽固错误。为了应对这些错误，我们引入了一种自适应偏置校正（ABC）方法，该方法将最新的动力学预测与使用机器学习的观察结合在一起。当应用于欧洲中等天气预测中心（ECMWF）的领先的亚季节模型时，ABC将温度预测技能提高了60-90％，在美国的连续美国，降水预测技能提高了40-69％基于Shapley队列的实用工作流程，用于解释ABC技能的提高并根据特定的气候条件识别机遇的高技能窗口。

Producing high-quality forecasts of key climate variables such as temperature and precipitation on subseasonal time scales has long been a gap in operational forecasting. Recent studies have shown promising results using machine learning (ML) models to advance subseasonal forecasting (SSF), but several open questions remain. First, several past approaches use the average of an ensemble of physics-based forecasts as an input feature of these models. However, ensemble forecasts contain information that can aid prediction beyond only the ensemble mean. Second, past methods have focused on average performance, whereas forecasts of extreme events are far more important for planning and mitigation purposes. Third, climate forecasts correspond to a spatially-varying collection of forecasts, and different methods account for spatial variability in the response differently. Trade-offs between different approaches may be mitigated with model stacking. This paper describes the application of a variety of ML methods used to predict monthly average precipitation and two meter temperature using physics-based predictions (ensemble forecasts) and observational data such as relative humidity, pressure at sea level, or geopotential height, two weeks in advance for the whole continental United States. Regression, quantile regression, and tercile classification tasks using linear models, random forests, convolutional neural networks, and stacked models are considered. The proposed models outperform common baselines such as historical averages (or quantiles) and ensemble averages (or quantiles). This paper further includes an investigation of feature importance, trade-offs between using the full ensemble or only the ensemble average, and different modes of accounting for spatial variability.

熟练的水流预测可以为水政策和管理各个领域的决策提供信息。我们集成了数值天气预测集合和分布式水文模型，以在中范围的交货时间（1-7天）下生成集合流量预测。我们展示了一项用于在美国东部的Susquehanna河流盆地的后处理过程中进行机器学习应用的案例研究。为了进行预测验证，我们使用不同的指标，例如技能得分和可靠性图，以提前时间，流量阈值和季节为条件。验证结果表明，机器学习后处理器可以改善相对于低复杂性预测（例如气候和时间持久性）以及确定性和原始集合预测的水流预测。与原始合奏相比，与较短的交货时间相比，在中等时间表的相对增益在后期时间表通常更高。与低压流相比，高流量和与凉爽的流量相比。总体而言，我们的结果突出了机器学习在许多方面的好处，以提高流量预测的技能和可靠性。

We introduce a machine-learning (ML)-based weather simulator--called "GraphCast"--which outperforms the most accurate deterministic operational medium-range weather forecasting system in the world, as well as all previous ML baselines. GraphCast is an autoregressive model, based on graph neural networks and a novel high-resolution multi-scale mesh representation, which we trained on historical weather data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF)'s ERA5 reanalysis archive. It can make 10-day forecasts, at 6-hour time intervals, of five surface variables and six atmospheric variables, each at 37 vertical pressure levels, on a 0.25-degree latitude-longitude grid, which corresponds to roughly 25 x 25 kilometer resolution at the equator. Our results show GraphCast is more accurate than ECMWF's deterministic operational forecasting system, HRES, on 90.0% of the 2760 variable and lead time combinations we evaluated. GraphCast also outperforms the most accurate previous ML-based weather forecasting model on 99.2% of the 252 targets it reported. GraphCast can generate a 10-day forecast (35 gigabytes of data) in under 60 seconds on Cloud TPU v4 hardware. Unlike traditional forecasting methods, ML-based forecasting scales well with data: by training on bigger, higher quality, and more recent data, the skill of the forecasts can improve. Together these results represent a key step forward in complementing and improving weather modeling with ML, open new opportunities for fast, accurate forecasting, and help realize the promise of ML-based simulation in the physical sciences.

后处理整体预测系统可以改善天气预报，尤其是对于极端事件预测。近年来，已经开发出不同的机器学习模型来提高后处理步骤的质量。但是，这些模型在很大程度上依赖数据并生成此类合奏成员需要以高计算成本的数值天气预测模型进行多次运行。本文介绍了ENS-10数据集，由十个合奏成员组成，分布在20年中（1998-2017）。合奏成员是通过扰动数值天气模拟来捕获地球的混乱行为而产生的。为了代表大气的三维状态，ENS-10在11个不同的压力水平以及0.5度分辨率的表面中提供了最相关的大气变量。该数据集以48小时的交货时间针对预测校正任务，这实质上是通过消除合奏成员的偏见来改善预测质量。为此，ENS-10为预测交货时间t = 0、24和48小时（每周两个数据点）提供了天气变量。我们在ENS-10上为此任务提供了一组基线，并比较了它们在纠正不同天气变量预测时的性能。我们还评估了使用数据集预测极端事件的基准。 ENS-10数据集可在创意共享归因4.0国际（CC By 4.0）许可下获得。

太阳能无线电通量以及地磁指数是太阳能活动的重要指标及其效果。耀斑和地磁风暴等极端太阳能事件可能对低地轨道中的卫星的空间环境产生负面影响。因此，预测这些空间天气指数在太空运营和科学方面具有重要意义。在这项研究中，我们提出了一种基于长期短期内存神经网络的模型，以了解时间序列数据的分布，以便使用时间序列以及太阳能图像提供空间天气指标的同时多元27天预测数据。我们展示了30-40 \％的根均方误差改进了，而仅包括使用时间序列数据的太阳能图像数据，而单独使用时间序列数据。与训练有素的深神经网络模型相比，诸如持久性和运行平均预测之类的简单基线也将与训练有素的深神经网络模型进行比较。我们还使用模型集合量化我们预测中的不确定性。

A well-performing prediction model is vital for a recommendation system suggesting actions for energy-efficient consumer behavior. However, reliable and accurate predictions depend on informative features and a suitable model design to perform well and robustly across different households and appliances. Moreover, customers' unjustifiably high expectations of accurate predictions may discourage them from using the system in the long term. In this paper, we design a three-step forecasting framework to assess predictability, engineering features, and deep learning architectures to forecast 24 hourly load values. First, our predictability analysis provides a tool for expectation management to cushion customers' anticipations. Second, we design several new weather-, time- and appliance-related parameters for the modeling procedure and test their contribution to the model's prediction performance. Third, we examine six deep learning techniques and compare them to tree- and support vector regression benchmarks. We develop a robust and accurate model for the appliance-level load prediction based on four datasets from four different regions (US, UK, Austria, and Canada) with an equal set of appliances. The empirical results show that cyclical encoding of time features and weather indicators alongside a long-short term memory (LSTM) model offer the optimal performance.

杂交和集合学习技术是改善预测方法的预测能力的流行模型融合技术。通过有限的研究，将这两种有前途的方法结合在一起，本文着重于不同合奏的基础模型池中指数平滑的旋转神经网络（ES-RNN）的实用性。我们将某些最先进的结合技术和算术模型平均作为基准进行比较。我们对M4预测数据集进行了100,000个时间序列，结果表明，基于特征的预测模型平均（FFORFORA）平均是与ES-RNN的晚期数据融合的最佳技术。但是，考虑到M4的每日数据子集，堆叠是处理所有基本模型性能相似的情况下唯一成功的合奏。我们的实验结果表明，与N-Beats作为基准相比，我们达到了艺术的预测结果。我们得出的结论是，模型平均比模型选择和堆叠策略更强大。此外，结果表明，提高梯度对于实施合奏学习策略是优越的。

分布式的小型太阳能光伏（PV）系统正在以快速增加的速度安装。这可能会对分销网络和能源市场产生重大影响。结果，在不同时间分辨率和视野中，非常需要改善对这些系统发电的预测。但是，预测模型的性能取决于分辨率和地平线。在这种情况下，将多个模型的预测结合到单个预测中的预测组合（合奏）可能是鲁棒的。因此，在本文中，我们提供了对五个最先进的预测模型的性能以及在多个分辨率和视野下的现有预测组合的比较和见解。我们提出了一种基于粒子群优化（PSO）的预测组合方法，该方法将通过加权单个模型产生的预测来使预报掌握能够为手头的任务产生准确的预测。此外，我们将提出的组合方法的性能与现有的预测组合方法进行了比较。使用现实世界中的PV电源数据集进行了全面的评估，该数据集在美国三个位置的25个房屋中测得。在四种不同的分辨率和四个不同视野之间的结果表明，基于PSO的预测组合方法的表现优于使用任何单独的预测模型和其他预测组合的使用，而平均平均绝对规模误差降低了3.81％，而最佳性能则最佳性能单个个人模型。我们的方法使太阳预报员能够为其应用产生准确的预测，而不管预测分辨率或视野如何。

随着Covid-19影响每个国家的全球和改变日常生活，预测疾病的传播的能力比任何先前的流行病更重要。常规的疾病 - 展开建模方法，隔间模型，基于对病毒的扩散的时空均匀性的假设，这可能导致预测到欠低，特别是在高空间分辨率下。本文采用替代技术 - 时空机器学习方法。我们提出了Covid-LSTM，一种基于长期短期内存深度学习架构的数据驱动模型，用于预测Covid-19在美国县级的发病率。我们使用每周数量的新阳性案例作为时间输入，以及来自Facebook运动和连通数据集的手工工程空间特征，以捕捉时间和空间的疾病的传播。 Covid-LSTM在我们的17周的评估期间优于Covid-19预测集线器集合模型（CovidHub-Ensemble），使其首先比一个或多个预测期更准确的模型。在4周的预测地平线上，我们的型号平均每县平均50例比CovidHub-Ensemble更准确。我们强调，在Covid-19之前，在Covid-19之前的数据驱动预测的未充分利用疾病传播的预测可能是由于以前疾病缺乏足够的数据，除了最近的时尚预测方法的机器学习方法的进步。我们讨论了更广泛的数据驱动预测的障碍，以及将来将使用更多的基于学习的模型。

太阳能现在是历史上最便宜的电力形式。不幸的是，由于其变异性，显着提高栅格的太阳能的一部分仍然具有挑战性，这使得电力的供需平衡更加困难。虽然热发电机坡度 - 它们可以改变输出的最高速率 - 是有限的，太阳能的坡度基本上是无限的。因此，准确的近期太阳能预测或垂圈，对于提供预警来调整热发电机输出，以响应于太阳能变化来调整热发电机，以确保平衡供需。为了解决问题，本文开发了使用自我监督学习的丰富和易于使用的多光谱卫星数据的太阳能垂圈的一般模型。具体而言，我们使用卷积神经网络（CNN）和长短期内存网络（LSTM）开发深度自动回归模型，这些模型在多个位置训练全球培训，以预测最近推出的最近收集的时空数据的未来观察-R系列卫星。我们的模型估计了基于卫星观测的未来的太阳辐照度，我们向较小的场地特定的太阳能数据培训的回归模型提供，以提供近期太阳能光伏（PV）预测，其考虑了现场特征的特征。我们评估了我们在25个太阳能场所的不同覆盖区域和预测视野的方法，并表明我们的方法利用地面真理观察结果产生靠近模型的错误。

随着高级数字技术的蓬勃发展，用户以及能源分销商有可能获得有关家庭用电的详细信息。这些技术也可以用来预测家庭用电量（又称负载）。在本文中，我们研究了变分模式分解和深度学习技术的使用，以提高负载预测问题的准确性。尽管在文献中已经研究了这个问题，但选择适当的分解水平和提供更好预测性能的深度学习技术的关注较少。这项研究通过研究六个分解水平和五个不同的深度学习网络的影响来弥合这一差距。首先，使用变分模式分解将原始负载轮廓分解为固有模式函数，以减轻其非平稳方面。然后，白天，小时和过去的电力消耗数据作为三维输入序列馈送到四级小波分解网络模型。最后，将与不同固有模式函数相关的预测序列组合在一起以形成聚合预测序列。使用摩洛哥建筑物的电力消耗数据集（MORED）的五个摩洛哥家庭的负载曲线评估了该方法，并根据最新的时间序列模型和基线持久性模型进行了基准测试。

预测基金绩效对投资者和基金经理都是有益的，但这是一项艰巨的任务。在本文中，我们测试了深度学习模型是否比传统统计技术更准确地预测基金绩效。基金绩效通常通过Sharpe比率进行评估，该比例代表了风险调整的绩效，以确保基金之间有意义的可比性。我们根据每月收益率数据序列数据计算了年度夏普比率，该数据的时间序列数据为600多个投资于美国上市大型股票的开放式共同基金投资。我们发现，经过现代贝叶斯优化训练的长期短期记忆（LSTM）和封闭式复发单元（GRUS）深度学习方法比传统统计量相比，预测基金的Sharpe比率更高。结合了LSTM和GRU的预测的合奏方法，可以实现所有模型的最佳性能。有证据表明，深度学习和结合能提供有希望的解决方案，以应对基金绩效预测的挑战。

到2021年底，全球电力容量的可再生能源份额达到38.3％，新设施以风能和太阳能为主，分别显示全球增长12.7％和18.5％。但是，风能和光伏能源都是高度挥发性的，使得对网格操作员的计划很难，因此对相应天气变量的准确预测对于可靠的电力预测至关重要。天气预测中最先进的方法是合奏方法，它为概率预测打开了大门。尽管合奏预测通常不足，并且会遭受系统的偏见。因此，它们需要某种形式的统计后处理，其中参数模型提供了手头天气变量的完整预测分布。我们提出了一种基于两步机的一般学习方法，用于校准集合天气预报，在第一步中，生成了改进点的预测，然后将其与各种合奏统计数据一起作为神经网络的输入特征，估计估计的参数。预测分布。在两个案例研究中，基于100m风速和全球水平辐照度预测匈牙利气象服务的操作集合词典系统，将这种新颖方法的预测性能与原始合奏的预测技能进行了比较ART参数方法。两种案例研究都证实，至少高达48H统计后处理可实质上改善了所有被考虑的预测范围的原始合奏的预测性能。所提出的两步方法的研究变体在其竞争对手方面优于技能，建议的新方法非常适用于不同的天气数量和广泛的预测分布。

了解极端事件及其可能性是研究气候变化影响，风险评估，适应和保护生物的关键。在这项工作中，我们开发了一种方法来构建极端热浪的预测模型。这些模型基于卷积神经网络，对极长的8，000年气候模型输出进行了培训。由于极端事件之间的关系本质上是概率的，因此我们强调概率预测和验证。我们证明，深度神经网络适用于法国持续持续14天的热浪，快速动态驱动器提前15天（500 hpa地球电位高度场），并且在慢速较长的交货时间内，慢速物理时间驱动器（土壤水分）。该方法很容易实现和通用。我们发现，深神经网络选择了与北半球波数字3模式相关的极端热浪。我们发现，当将2米温度场添加到500 HPA地球电位高度和土壤水分场中时，2米温度场不包含任何新的有用统计信息。主要的科学信息是，训练深层神经网络预测极端热浪的发生是在严重缺乏数据的情况下发生的。我们建议大多数其他应用在大规模的大气和气候现象中都是如此。我们讨论了处理缺乏数据制度的观点，例如罕见的事件模拟，以及转移学习如何在后一种任务中发挥作用。

本文描述了一个新颖的机器学习（ML）框架，用于热带气旋强度和轨道预测，结合了多种ML技术并利用了多种数据源。我们的多模式框架（称为Hurricast）有效地结合了时空数据和统计数据，通过提取具有深度学习的编码器编码器体系结构的特征，并通过梯度增强的树进行预测。我们在2016 - 2019年在北大西洋和东太平洋盆地进行了24小时的提前时间和强度预测，评估我们的模型，并表明它们在秒内计算时达到了当前操作预测模型的可比平均绝对误差和技能。此外，将飓风纳入运营预测的共识模型可以改善国家飓风中心的官方预测，从而通过现有方法突出显示互补物业。总而言之，我们的工作表明，利用机器学习技术结合不同的数据源可以带来热带气旋预测的新机会。

我们调查预测中的合奏技术，并检查其使用与Covid-19大流行早期类似的非季度时间系列的潜力。开发改进的预测方法是必不可少的，因为它们在关键阶段为组织和决策者提供数据驱动的决策。我们建议使用后期数据融合，使用两个预测模型的堆叠集合和两个元特征，并在初步预测阶段证明其预测力。最终的集合包括先知和长期短期内存（LSTM）神经网络作为基础模型。基础模型由多层的Perceptron（MLP）组合，考虑到元素，表示与每个基础模型的预测精度最高的相关性。我们进一步表明，包含Meta-Features通常会在七和十四天的两个预测视野中提高集合的预测准确性。该研究强化了以前的工作，并展示了与深层学习模型相结合的传统统计模型的价值，以生产更多来自不同领域和季节性的时间序列的预测模型。

近期不同尺度电力消耗的丰富数据开辟了新的挑战，并强调了新技术的需求，以利用更精细的尺度提供的信息，以便改善更广泛的尺度预测。在这项工作中，我们利用该分层预测问题与多尺度传输学习之间的相似性。我们分别开发了两种分层转移学习方法，分别基于广义添加剂模型和随机林的堆叠，以及专家聚合的使用。我们将这些方法应用于在第一种情况下使用智能仪表数据，以及第二种情况下的区域数据的智能仪表数据将这些方法应用于两种电力负荷预测。对于这两个useCases，我们将我们的方法的表现与基准算法的表演进行比较，我们使用可变重要性分析调查其行为。我们的结果表明了两种方法的兴趣，这导致预测的重大改善。

我们基于技能评分，对确定性太阳预测进行了首次全面的荟萃分析，筛选了Google Scholar的1,447篇论文，并审查了320篇论文的全文以进行数据提取。用多元自适应回归样条模型，部分依赖图和线性回归构建和分析了4,758点的数据库。值得注意的是，分析说明了数据中最重要的非线性关系和交互项。我们量化了对重要变量的预测准确性的影响，例如预测范围，分辨率，气候条件，区域的年度太阳辐照度水平，电力系统大小和容量，预测模型，火车和测试集以及使用不同的技术和投入。通过控制预测之间的关键差异，包括位置变量，可以在全球应用分析的发现。还提供了该领域科学进步的概述。