一种可解释的潜在空间揭示欧洲热浪变化动力学
大气与海洋物理
2025-12-22 v1
摘要
由于气候变化，热浪变得更频繁且更强烈，西欧在北半球中纬度上经历最强的趋势。部分温度趋势是由循环变化造成的，这些循环变化在气候模型中未被准确捕捉。本文我们采用深度学习技术对基于大气循环的欧洲热浪进行分类，并研究其随时间的变化。我们使用变分自编码器 (VAE) 降低热浪样本的维度，然后在提取的特征上对其进行聚类。VAE 在大型集合气候模型仿真数据上进行训练，我们展示了VAE能良好地概括ERA5 再分析中观察到的热浪循环，无需迁移学习。ERA5 中的循环特征与气候模型热浪一致。回归分析显示，Atlantic Plume 类型的热浪随时间变得更频繁，而Atlantic High 类型的热浪变得更不频繁。我们引入新的直观可解释方法来研究潜在空间，包括特征重要性识别和随时间变化分析。我们研究哪些循环特征与潜在空间中最重要的节点相关，以及潜在空间如何随时间变化。例如，我们发现Atlantic Low 类型的热浪显示出在大西洋海岸附近的低压系统随时间加深。每种热浪类型都在其循环中经历独特的变化，突显了必须单独研究每种热浪类型的必要性。该方法还可用于放大极端事件的特定方面，我们展示了如果当前趋势持续，热浪循环在未来可能会如何变化，某些情况下会加剧特征。
引用
@article{arxiv.2512.17097,
title = {An Interpretable Latent Space reveals changing dynamics of European heatwaves},
author = {Tamara Happé and Jasper Wijnands and Paolo Scussolini and Peter Pfleiderer and Dim Coumou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.17097},
year = {2025}
}
备注
16 pages, 7 figures, 3 appendix figures, submitted for peer review to Machine Learning: Earth