汇集操作引起的翻译不变性是卷积神经网络的固有属性，这有助于诸如分类的许多计算机视觉任务。然而，为了利用旋转不变的任务，卷积架构需要特定的旋转不变层或广泛的数据增强，以从给定空间配置的不同旋转版本中学习。将图像展开到其极性坐标中提供了更明显的表示，以训练卷积架构，因为旋转不变性变为平移，因此可以从单个图像中学习给定场景的视觉上不同但其他等同的旋转版本。我们展示了两个基于视觉的太阳辐照性预测挑战（即使用地面拍摄的天空图像或卫星图像），即该预处理步骤通过标准化场景表示来显着提高预测结果，同时将培训时间减少4倍4倍。使用旋转增强数据。此外，该变换放大了围绕旋转中心的区域，导致更准确的短期辐照度预测。

太阳能的高效整合到电力组合中取决于其间歇性的可靠预期。预测由云覆盖动态产生的太阳辐照度的时间变异的有希望的方法是基于地面天空图像或卫星图像序列的分析。尽管结果令人鼓舞，但现有深度学习方法的经常性限制在于对过去观察的反应而不是积极预期未来事件的无处不在的趋势。这导致频繁的时间滞后和有限的预测突发事件的能力。为了解决这一挑战，我们介绍了Eclipse，一种时空神经网络架构，即模型从天空图像模拟云运动，不仅预测未来的辐照水平，而且还可以在本地辐照度图上提供更丰富的信息。我们表明Eclipse预期关键事件，并在产生视觉上现实期货的同时降低时间延误。

将间歇性可再生能源集成到大量的电网中是具有挑战性的。旨在解决这一困难的建立良好的方法涉及即将到来的能源供应可变性以适应电网的响应。在太阳能中，可以在全天空摄像机（前方30分钟）和卫星观测（提前6小时）的不同时间尺度上预测由遮挡云引起的短期变化。在这项研究中，我们将这两种互补的观点集成到单个机器学习框架中的云覆盖物上，以改善时间内（最高60分钟）的辐照度预测。确定性和概率预测均在不同的天气条件（晴朗，多云，阴天）以及不同的输入配置（天空图像，卫星观测和/或过去的辐照度值）中进行评估。我们的结果表明，混合模型在晴朗的条件下有益于预测，并改善了长期预测。这项研究为将来的新颖方法奠定了基础，即在单个学习框架中将天空图像和卫星观测结合起来，以推动太阳现象。

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。

Solar forecasting from ground-based sky images using deep learning models has shown great promise in reducing the uncertainty in solar power generation. One of the biggest challenges for training deep learning models is the availability of labeled datasets. With more and more sky image datasets open sourced in recent years, the development of accurate and reliable solar forecasting methods has seen a huge growth in potential. In this study, we explore three different training strategies for deep-learning-based solar forecasting models by leveraging three heterogeneous datasets collected around the world with drastically different climate patterns. Specifically, we compare the performance of models trained individually based on local datasets (local models) and models trained jointly based on the fusion of multiple datasets from different locations (global models), and we further examine the knowledge transfer from pre-trained solar forecasting models to a new dataset of interest (transfer learning models). The results suggest that the local models work well when deployed locally, but significant errors are observed for the scale of the prediction when applied offsite. The global model can adapt well to individual locations, while the possible increase in training efforts need to be taken into account. Pre-training models on a large and diversified source dataset and transferring to a local target dataset generally achieves superior performance over the other two training strategies. Transfer learning brings the most benefits when there are limited local data. With 80% less training data, it can achieve 1% improvement over the local baseline model trained using the entire dataset. Therefore, we call on the efforts from the solar forecasting community to contribute to a global dataset containing a massive amount of imagery and displaying diversified samples with a range of sky conditions.

太阳能的间歇性质挑战了光伏（PV）在电网中的大规模集成。使用深度学习的基于天空图像的太阳预测已被认为是预测短期波动的一种有希望的方法。但是，对于基于图像的太阳预测，几乎没有公开可用的标准化基准数据集，这限制了不同预测模型的比较和预测方法的探索。为了填补这些空白，我们介绍了Skipp'd-天空图像和光伏发电数据集。该数据集包含三年（2017-2019）的质量控制下采样的天空图像和PV发电数据，这些数据可用于使用深度学习的短期太阳能预测。此外，为了支持研究的灵活性，我们还提供了高分辨率，高频天空图像和PV发电数据以及并发的Sky录像。我们还包括一个包含数据处理脚本和基线模型实现的代码库，以供研究人员重现我们以前的工作并加速其在太阳预测中的研究。

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。

提出了一个深度学习模型，以便在未来60分钟的五分钟时间分辨率下以闪电的形式出现。该模型基于反复横向的结构，该结构使其能够识别并预测对流的时空发展，包括雷暴细胞的运动，生长和衰变。预测是在固定网格上执行的，而无需使用风暴对象检测和跟踪。从瑞士和周围的区域收集的输入数据包括地面雷达数据，可见/红外卫星数据以及衍生的云产品，闪电检测，数值天气预测和数字高程模型数据。我们分析了不同的替代损失功能，班级加权策略和模型特征，为将来的研究提供了指南，以最佳地选择损失功能，并正确校准其模型的概率预测。基于这些分析，我们在这项研究中使用焦点损失，但得出结论，它仅在交叉熵方面提供了较小的好处，如果模型的重新校准不实用，这是一个可行的选择。该模型在60分钟的现有周期内实现了0.45的像素临界成功指数（CSI）为0.45，以预测8 km的闪电发生，范围从5分钟的CSI到5分钟的提前时间到CSI到CSI的0.32在A处。收货时间60分钟。

对于电网操作，具有精细时间和空间分辨率的太阳能发电准确预测对于电网的操作至关重要。然而，与数值天气预报（NWP）结合机器学习的最先进方法具有粗略分辨率。在本文中，我们采用曲线图信号处理透视和型号的多网站光伏（PV）生产时间序列作为图表上的信号，以捕获它们的时空依赖性并实现更高的空间和时间分辨率预测。我们提出了两种新颖的图形神经网络模型，用于确定性多站点PV预测，被称为图形 - 卷积的长期内存（GCLSTM）和图形 - 卷积变压器（GCTRAFO）模型。这些方法仅依赖于生产数据并利用PV系统提供密集的虚拟气象站网络的直觉。所提出的方法是在整整一年的两组数据集中评估：1）来自304个真实光伏系统的生产数据，以及2）模拟生产1000个PV系统，包括瑞士分布。该拟议的模型优于最先进的多站点预测方法，用于预测前方6小时的预测视野。此外，所提出的模型以NWP优于最先进的单站点方法，如前方的视野上的输入。

由于其对人类生命，运输，粮食生产和能源管理的高度影响，因此在科学上研究了预测天气的问题。目前的运营预测模型基于物理学，并使用超级计算机来模拟大气预测，提前预测数小时和日期。更好的基于物理的预测需要改进模型本身，这可能是一个实质性的科学挑战，以及潜在的分辨率的改进，可以计算令人望而却步。基于神经网络的新出现的天气模型代表天气预报的范式转变：模型学习来自数据的所需变换，而不是依赖于手工编码的物理，并计算效率。然而，对于神经模型，每个额外的辐射时间都会构成大量挑战，因为它需要捕获更大的空间环境并增加预测的不确定性。在这项工作中，我们提出了一个神经网络，能够提前十二小时的大规模降水预测，并且从相同的大气状态开始，该模型能够比最先进的基于物理的模型更高的技能HRRR和HREF目前在美国大陆运营。可解释性分析加强了模型学会模拟先进物理原则的观察。这些结果代表了建立与神经网络有效预测的新范式的实质性步骤。

提出了一种使用天气数据实时太阳生成预测的新方法，同时提出了既有空间结构依赖性的依赖。随着时间的推移，观察到的网络被预测到较低维度的表示，在该表示的情况下，在推理阶段使用天气预报时，使用各种天气测量来训练结构化回归模型。从国家太阳辐射数据库获得的德克萨斯州圣安东尼奥地区的288个地点进行了实验。该模型预测具有良好精度的太阳辐照度（夏季R2 0.91，冬季为0.85，全球模型为0.89）。随机森林回归者获得了最佳准确性。进行了多个实验来表征缺失数据的影响和不同的时间范围的影响，这些范围提供了证据表明，新算法不仅在随机的情况下，而且在机制是空间和时间上都丢失的数据是可靠的。

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.

Sky-image-based solar forecasting using deep learning has been recognized as a promising approach in reducing the uncertainty in solar power generation. However, one of the biggest challenges is the lack of massive and diversified sky image samples. In this study, we present a comprehensive survey of open-source ground-based sky image datasets for very short-term solar forecasting (i.e., forecasting horizon less than 30 minutes), as well as related research areas which can potentially help improve solar forecasting methods, including cloud segmentation, cloud classification and cloud motion prediction. We first identify 72 open-source sky image datasets that satisfy the needs of machine/deep learning. Then a database of information about various aspects of the identified datasets is constructed. To evaluate each surveyed datasets, we further develop a multi-criteria ranking system based on 8 dimensions of the datasets which could have important impacts on usage of the data. Finally, we provide insights on the usage of these datasets for different applications. We hope this paper can provide an overview for researchers who are looking for datasets for very short-term solar forecasting and related areas.

Forecasting the state of vegetation in response to climate and weather events is a major challenge. Its implementation will prove crucial in predicting crop yield, forest damage, or more generally the impact on ecosystems services relevant for socio-economic functioning, which if absent can lead to humanitarian disasters. Vegetation status depends on weather and environmental conditions that modulate complex ecological processes taking place at several timescales. Interactions between vegetation and different environmental drivers express responses at instantaneous but also time-lagged effects, often showing an emerging spatial context at landscape and regional scales. We formulate the land surface forecasting task as a strongly guided video prediction task where the objective is to forecast the vegetation developing at very fine resolution using topography and weather variables to guide the prediction. We use a Convolutional LSTM (ConvLSTM) architecture to address this task and predict changes in the vegetation state in Africa using Sentinel-2 satellite NDVI, having ERA5 weather reanalysis, SMAP satellite measurements, and topography (DEM of SRTMv4.1) as variables to guide the prediction. Ours results highlight how ConvLSTM models can not only forecast the seasonal evolution of NDVI at high resolution, but also the differential impacts of weather anomalies over the baselines. The model is able to predict different vegetation types, even those with very high NDVI variability during target length, which is promising to support anticipatory actions in the context of drought-related disasters.

降水预测是一项重要的科学挑战，对社会产生广泛影响。从历史上看，这项挑战是使用数值天气预测（NWP）模型解决的，该模型基于基于物理的模拟。最近，许多作品提出了一种替代方法，使用端到端深度学习（DL）模型来替代基于物理的NWP。尽管这些DL方法显示出提高的性能和计算效率，但它们在长期预测中表现出局限性，并且缺乏NWP模型的解释性。在这项工作中，我们提出了一个混合NWP-DL工作流程，以填补独立NWP和DL方法之间的空白。在此工作流程下，NWP输出被馈入深层模型，该模型后处理数据以产生精致的降水预测。使用自动气象站（AWS）观测值作为地面真相标签，对深层模型进行了监督训练。这可以实现两全其美，甚至可以从NWP技术的未来改进中受益。为了促进朝这个方向进行研究，我们提出了一个专注于朝鲜半岛的新型数据集，该数据集称为KOMET（KOMEN（KOREA气象数据集），由NWP预测和AWS观察组成。对于NWP，我们使用全局数据同化和预测系统-KOREA集成模型（GDAPS-KIM）。

卫星遥感提供了一种具有成本效益的概要洪水监测的解决方案，卫星衍生的洪水图为传统上使用的数值洪水淹没模型提供了一种计算有效的替代方法。尽管卫星碰巧涵盖正在进行的洪水事件时确实提供了及时的淹没信息，但它们受其时空分辨率的限制，因为它们在各种规模上动态监测洪水演变的能力。不断改善对新卫星数据源的访问以及大数据处理功能，就此问题的数据驱动解决方案而言，已经解锁了前所未有的可能性。具体而言，来自卫星的数据融合，例如哥白尼前哨，它们具有很高的空间和低时间分辨率，以及来自NASA SMAP和GPM任务的数据，它们的空间较低，但时间较高的时间分辨率可能会导致高分辨率的洪水淹没在A处的高分辨率洪水。每日规模。在这里，使用Sentinel-1合成孔径雷达和各种水文，地形和基于土地利用的预测因子衍生出的洪水淹没图对卷积神经网络进行了训练，以预测高分辨率的洪水泛滥概率图。使用Sentinel-1和Sentinel-2衍生的洪水面罩，评估了UNET和SEGNET模型架构的性能，分别具有95％的信心间隔。精确召回曲线（PR-AUC）曲线下的区域（AUC）被用作主要评估指标，这是由于二进制洪水映射问题中类固有的不平衡性质，最佳模型提供了PR-AUC 0.85。

现代计算机视觉已超越了互联网照片集的领域，并进入了物理世界，通过非结构化的环境引导配备摄像头的机器人和自动驾驶汽车。为了使这些体现的代理与现实世界对象相互作用，相机越来越多地用作深度传感器，重建了各种下游推理任务的环境。机器学习辅助的深度感知或深度估计会预测图像中每个像素的距离。尽管已经在深入估算中取得了令人印象深刻的进步，但仍然存在重大挑战：（1）地面真相深度标签很难大规模收集，（2）通常认为相机信息是已知的，但通常是不可靠的，并且（3）限制性摄像机假设很常见，即使在实践中使用了各种各样的相机类型和镜头。在本论文中，我们专注于放松这些假设，并描述将相机变成真正通用深度传感器的最终目标的贡献。

我们向传感器独立性（Sensei）介绍了一种新型神经网络架构 - 光谱编码器 - 通过该传感器独立性（Sensei） - 通过其中具有不同组合的光谱频带组合的多个多光谱仪器可用于训练广义深度学习模型。我们专注于云屏蔽的问题，使用几个预先存在的数据集，以及Sentinel-2的新的自由可用数据集。我们的模型显示在卫星上实现最先进的性能，它受过训练（Sentinel-2和Landsat 8），并且能够推断到传感器，它在训练期间尚未见过Landsat 7，每\ 'USAT-1，和Sentinel-3 SLST。当多种卫星用于培训，接近或超越专用单传感器型号的性能时，模型性能显示出改善。这项工作是激励遥感社区可以使用巨大各种传感器采取的数据的动机。这不可避免地导致标记用于不同传感器的努力，这限制了深度学习模型的性能，因为他们需要最佳地执行巨大的训练。传感器独立性可以使深度学习模型能够同时使用多个数据集进行培训，提高性能并使它们更广泛适用。这可能导致深入学习方法，用于在板载应用程序和地面分段数据处理中更频繁地使用，这通常需要模型在推出时或之后即将开始。

深度学习模式和地球观察的协同组合承诺支持可持续发展目标（SDGS）。新的发展和夸张的申请已经在改变人类将面临生活星球挑战的方式。本文审查了当前对地球观测数据的最深入学习方法，以及其在地球观测中深度学习的快速发展受到影响和实现最严重的SDG的应用。我们系统地审查案例研究至1）实现零饥饿，2）可持续城市，3）提供保管安全，4）减轻和适应气候变化，5）保留生物多样性。关注重要的社会，经济和环境影响。提前令人兴奋的时期即将到来，算法和地球数据可以帮助我们努力解决气候危机并支持更可持续发展的地方。

尽管有持续的改进，但降水预测仍然没有其他气象变量的准确和可靠。造成这种情况的一个主要因素是，几个影响降水分布和强度的关键过程出现在全球天气模型的解决规模以下。计算机视觉社区已经证明了生成的对抗网络（GAN）在超分辨率问题上取得了成功，即学习为粗图像添加精细的结构。 Leinonen等。 （2020年）先前使用GAN来产生重建的高分辨率大气场的集合，并给定较粗糙的输入数据。在本文中，我们证明了这种方法可以扩展到更具挑战性的问题，即通过使用高分辨率雷达测量值作为“地面真相”来提高天气预报模型中相对低分辨率输入的准确性和分辨率。神经网络必须学会添加分辨率和结构，同时考虑不可忽略的预测错误。我们表明，甘斯和vae-gan可以在创建高分辨率的空间相干降水图的同时，可以匹配最新的后处理方法的统计特性。我们的模型比较比较与像素和合并的CRP分数，功率谱信息和等级直方图（用于评估校准）的最佳现有缩减方法。我们测试了我们的模型，并表明它们在各种场景中的表现，包括大雨。