摘要: 数据同化(DA)是现代数值天气预报(NWP)系统的核心,但传统方法面临非线性、非高斯假设与计算成本高昂的瓶颈。深度学习(DL)具备强大的非线性拟合与端到端优化能力,为解决上述挑战提供了革命性范式。从计算机科学视角,系统梳理深度学习在气象DA领域的“组件替代”“范式革新”与“系统重构”三级演进脉络。首先阐述深度学习作为代理模型替代观测算子、订正模型误差等传统瓶颈环节的“组件替代”阶段;其次,剖析了以变分自编码器(VAE)和扩散模型为代表的生成式方法,如何将同化问题重构为概率性生成任务,实现“范式革新”;进而论述了以FengWu、FuXi等人工智能(AI)气象大模型为代表的“系统重构”阶段,如何将同化模块深度内嵌,构建“同化-预报”一体化闭环系统;最后,从物理一致性、数据依赖性、业务部署可行性等方面探讨了该领域面临的核心挑战,并展望了神经符号融合、开放基准构建等未来研究方向。
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