Artificial Intelligence and Machine Learning for Enhanced Representation of Processes and Extremes in Earth System Models

Projektinformationen

AI4PEX

ID Finanzhilfevereinbarung: 101137682

DOI

10.3030/101137682

EK-Unterschriftsdatum 24 Oktober 2023

Startdatum 1 April 2024

Enddatum 31 März 2028

Finanziert unter

• Climate, Energy and Mobility

Gesamtkosten

Keine Daten

EU-Beitrag

€ 6 638 882,50

Koordiniert durch

MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER WISSENSCHAFTEN EV
Germany

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Veröffentlichungen

Peer reviewed articles (28)

Learning‐Based Calibration of Ocean Carbon Models to Tackle Physical Forcing Uncertainties and Observation Sparsity

Autoren: J. Littaye, R. Fablet, L. Memery
Veröffentlicht in: Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Ausgabe 17, 2025, ISSN 1942-2466
Herausgeber: American Geophysical Union (AGU)
DOI: 10.1029/2024MS004775

Sub-seasonal forest carbon dynamics lose persistence under extremes

Autoren: Tristan K E Williams, Álvaro Moreno Martínez, Francesco Martinuzzi, Miguel D Mahecha, Gustau Camps-Valls
Veröffentlicht in: Environmental Research Letters, Ausgabe 20, 2025, ISSN 1748-9326
Herausgeber: IOP Publishing
DOI: 10.1088/1748-9326/ADE8FF

Scale‐Aware Parameterization of Cloud Fraction and Condensate for a Global Atmospheric Model Machine‐Learned From Coarse‐Grained Kilometer‐Scale Simulations

Autoren: Cyril Morcrette, Tobias Cave, Helena Reid, Joana da Silva Rodrigues, Teo Deveney, Lisa Kreusser, Kwinten Van Weverberg, Chris Budd
Veröffentlicht in: Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Ausgabe 17, 2025, ISSN 1942-2466
Herausgeber: American Geophysical Union (AGU)
DOI: 10.1029/2024MS004651

Early-twentieth-century cold bias in ocean surface temperature observations

Autoren: Sippel, Sebastian; Kent, Elizabeth C.; Meinshausen, Nicolai; Chan, Duo; Kadow, Christopher; Neukom, Raphael; Fischer, Erich M.; Humphrey, Vincent; Rohde, Robert; de Vries, Iris; Knutti, Reto
Veröffentlicht in: Nature, Ausgabe 635, 2024, ISSN 1476-4687
Herausgeber: Springer Nature
DOI: 10.5194/EGUSPHERE-EGU25-6761

Distilling Machine Learning’s Added Value: Pareto Fronts in Atmospheric Applications

Autoren: Tom Beucler, Arthur Grundner, Sara Shamekh, Peter Ukkonen, Matthew Chantry, Ryan Lagerquist
Veröffentlicht in: Artificial Intelligence for the Earth Systems, Ausgabe 4, 2025, ISSN 2769-7525
Herausgeber: American Meteorological Society
DOI: 10.1175/AIES-D-24-0078.1

Artificial intelligence for modeling and understanding extreme weather and climate events

Autoren: Gustau Camps-Valls, Miguel-Ángel Fernández-Torres, Kai-Hendrik Cohrs, Adrian Höhl, Andrea Castelletti, Aytac Pacal, Claire Robin, Francesco Martinuzzi, Ioannis Papoutsis, Ioannis Prapas, Jorge Pérez-Aracil, Katja Weigel, Maria Gonzalez-Calabuig, Markus Reichstein, Martin Rabel, Matteo Giuliani, Miguel D. Mahecha, Oana-Iuliana Popescu, Oscar J. Pellicer-Valero, Said Ouala, Sancho Salcedo-Sanz, Sebastian Sippel, Spyros Kondylatos, Tamara Happé, Tristan Williams
Veröffentlicht in: Nature Communications, Ausgabe 16, 2025, ISSN 2041-1723
Herausgeber: Springer Science and Business Media LLC
DOI: 10.1038/S41467-025-56573-8

Combining climate models and observations to predict the time remaining until regional warming thresholds are reached

Autoren: Elizabeth A Barnes, Noah S Diffenbaugh, Sonia I Seneviratne
Veröffentlicht in: Environmental Research Letters, Ausgabe 20, 2025, ISSN 1748-9326
Herausgeber: IOP Publishing
DOI: 10.1088/1748-9326/AD91CA

Simulating Atmospheric Processes in Earth System Models and Quantifying Uncertainties With Deep Learning Multi‐Member and Stochastic Parameterizations

Autoren: Gunnar Behrens, Tom Beucler, Fernando Iglesias‐Suarez, Sungduk Yu, Pierre Gentine, Michael Pritchard, Mierk Schwabe, Veronika Eyring
Veröffentlicht in: Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Ausgabe 17, 2025, ISSN 1942-2466
Herausgeber: American Geophysical Union (AGU)
DOI: 10.1029/2024MS004272

Analyzing climate scenarios using dynamic mode decomposition with control

Autoren: Nathan Mankovich, Shahine Bouabid, Peer Nowack, Deborah Bassotto, Gustau Camps-Valls
Veröffentlicht in: Environmental Data Science, Ausgabe 4, 2025, ISSN 2634-4602
Herausgeber: Cambridge University Press (CUP)
DOI: 10.1017/EDS.2025.8

Enhanced Computational Complexity in Continuous-Depth Models: Neural Ordinary Differential Equations With Trainable Numerical Schemes

Autoren: Said Ouala, Laurent Debreu, Bertrand Chapron, Fabrice Collard, Lucile Gaultier, Ronan Fablet
Veröffentlicht in: IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2025, ISSN 0162-8828
Herausgeber: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
DOI: 10.1109/TPAMI.2025.3599629

Robustness of dynamical coupling between wintertime European weather extremes and the large-scale circulation

Autoren: Ane Carina Reiter, Gabriele Messori, Davide Faranda, Morten Andreas Dahl Larsen, Martin Drews
Veröffentlicht in: Climate Dynamics, Ausgabe 63, 2025, ISSN 0930-7575
Herausgeber: Springer Science and Business Media LLC
DOI: 10.1007/S00382-025-07846-X

Demography, dynamics and data: building confidence for simulating changes in the world's forests

Autoren: Annemarie H. Eckes‐Shephard, Arthur P. K. Argles, Bogdan Brzeziecki, Peter M. Cox, Martin G. De Kauwe, Adriane Esquivel‐Muelbert, Rosie A. Fisher, George C. Hurtt, Jürgen Knauer, Charles D. Koven
Veröffentlicht in: New Phytologist, Ausgabe 248, 2025, ISSN 0028-646X
Herausgeber: Wiley
DOI: 10.1111/NPH.70643

Adjoint‐Based Online Learning of Two‐Layer Quasi‐Geostrophic Baroclinic Turbulence

Autoren: F. E. Yan, H. Frezat, J. Le Sommer, J. Mak, K. Otness
Veröffentlicht in: Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Ausgabe 17, 2025, ISSN 1942-2466
Herausgeber: American Geophysical Union (AGU)
DOI: 10.1029/2024MS004857

Either Or: Interactive Articles or Videos for Climate Science Communication

Autoren: J. Poehls, M. Meuschke, N. Carvalhais, K. Lawonn
Veröffentlicht in: Computer Graphics Forum, Ausgabe 44, 2025, ISSN 0167-7055
Herausgeber: Wiley
DOI: 10.1111/CGF.70129

Improving vertical detail in simulated temperature and humidity data using machine learning

Autoren: Joana D. da Silva Rodrigues, Cyril J. Morcrette
Veröffentlicht in: Atmospheric Science Letters, Ausgabe 26, 2025, ISSN 1530-261X
Herausgeber: Wiley
DOI: 10.1002/ASL.1288

Record-breaking extremes in a warming climate

Autoren: Fischer, Erich; Bador, Margot; Huser, Raphaël; Kendon, Elizabeth; Robinson, Alexander; Sippel, Sebastian
Veröffentlicht in: Nature Reviews Earth & Environment, Ausgabe 6 (7), 2025, ISSN 2662-138X
Herausgeber: Springer Nature
DOI: 10.1038/S43017-025-00681-Y

Tuning the ICON-A 2.6.4 climate model with machine-learning-based emulators and history matching

Autoren: P. Bonnet; L. Pastori; M. Schwabe; M. Giorgetta; F. Iglesias-Suarez; V. Eyring; V. Eyring
Veröffentlicht in: Geoscientific Model Development, Ausgabe 18 (12), 2025, ISSN 1991-9603
Herausgeber: EGU
DOI: 10.5194/GMD-18-3681-2025

Online calibration of deep learning sub-models for hybrid numerical modeling systems

Autoren: Ouala, Said; Chapron, Bertrand; Collard, Fabrice; Gaultier, Lucile; Fablet, Ronan
Veröffentlicht in: Communications Physics, Ausgabe 7, 2024, ISSN 2399-3650
Herausgeber: Springer Nature
DOI: 10.48550/ARXIV.2311.10665

Multiscale neural assimilation scheme for high-resolution sea surface temperature reconstruction from satellite observations

Autoren: Maxime Beauchamp, Ioanna Karagali, Guisella Gacitúa, Jacob L. Høyer, Maxime Ballarotta, Ronan Fablet
Veröffentlicht in: Scientific Reports, Ausgabe 15, 2025, ISSN 2045-2322
Herausgeber: Springer Science and Business Media LLC
DOI: 10.1038/S41598-025-23682-9

Advanced climate model evaluation with ESMValTool v2.11.0 using parallel, out-of-core, and distributed computing.

Autoren: Schlund, M., Andela, B., Benke, J., Comer, R., Hassler, B., Hogan, E., Kalverla, P., Lauer, A., Little, B., Loosveldt Tomas, S., Nattino, F., Peglar, P., Predoi, V., Smeets, S., Worsley, S., Yeo, M., & Zimmermann, K.
Veröffentlicht in: Geoscientific Model Development, Ausgabe 18, 2025, ISSN 1991-9603
Herausgeber: EGU
DOI: 10.5194/GMD-2024-236

Online Learning of Entrainment Closures in a Hybrid Machine Learning Parameterization

Autoren: Costa Christopoulos, Ignacio Lopez‐Gomez, Tom Beucler, Yair Cohen, Charles Kawczynski, Oliver R. A. Dunbar, Tapio Schneider
Veröffentlicht in: Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Ausgabe 16, 2025, ISSN 1942-2466
Herausgeber: American Geophysical Union (AGU)
DOI: 10.1029/2024MS004485

Examining the Fidelity of Leith Subgrid Closures for Parameterizing Mesoscale Eddies in Idealized and Global (NEMO) Ocean Models

Autoren: T. Wilder, T. Kuhlbrodt
Veröffentlicht in: Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Ausgabe 17, 2025, ISSN 1942-2466
Herausgeber: American Geophysical Union (AGU)
DOI: 10.1029/2025MS004950

Estimating Information Theoretic Measures via Multidimensional Gaussianization

Autoren: Valero Laparra, Juan Emmanuel Johnson, Gustau Camps-Valls, Raúl Santos-Rodríguez, Jesús Malo
Veröffentlicht in: IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Ausgabe 47, 2025, ISSN 0162-8828
Herausgeber: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
DOI: 10.1109/TPAMI.2024.3495827

The impact of aerosol forcing on the statistical attribution of heatwaves

Autoren: Florian Kraulich, Peter Pfleiderer, Sebastian Sippel
Veröffentlicht in: Weather and Climate Extremes, Ausgabe 50, 2025, ISSN 2212-0947
Herausgeber: Elsevier BV
DOI: 10.1016/J.WACE.2025.100803

Calibration and uncertainty quantification for deep learning-based drought detection

Autoren: Mengxue Zhang, Miguel-Ángel Fernández-Torres, Kai-Hendrik Cohrs, Gustau Camps-Valls
Veröffentlicht in: International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Ausgabe 140, 2025, ISSN 1569-8432
Herausgeber: Elsevier BV
DOI: 10.1016/J.JAG.2025.104563

Navigating the Noise: Bringing Clarity to ML Parameterization Design With O $\boldsymbol{\mathcal{O}}$(100) Ensembles

Autoren: Jerry Lin, Sungduk Yu, Liran Peng, Tom Beucler, Eliot Wong‐Toi, Zeyuan Hu, Pierre Gentine, Margarita Geleta, Mike Pritchard
Veröffentlicht in: Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Ausgabe 17, 2025, ISSN 1942-2466
Herausgeber: American Geophysical Union (AGU)
DOI: 10.1029/2024MS004551

Flash drought impacts on global ecosystems amplified by extreme heat

Autoren: Lei Gu; Dominik L. Schumacher; Erich M. Fischer; Louise J. Slater; Jiabo Yin; Sebastian Sippel; Jie Chen; Pan Liu; Reto Knutti
Veröffentlicht in: Nature Geoscience, Ausgabe 18, 2025, ISSN 1752-0908
Herausgeber: Springer Nature
DOI: 10.3929/ETHZ-B-000739383

Neural Variational Data Assimilation with Uncertainty Quantification Using SPDE Priors

Autoren: Beauchamp, Maxime; Fablet, Ronan; Benaichouche, Simon; Tandeo, Pierre; Desassis, Nicolas; Chapron, Bertrand
Veröffentlicht in: Artificial Intelligence for the Earth Systems, Ausgabe 4 (3), 2025, ISSN 2769-7525
Herausgeber: American Meteorological Society
DOI: 10.48550/ARXIV.2402.01855

Thesis and dissertations (1)

Classifying and Tracking of Mesoscale Cloud Patterns from Satellite Images using Machine Learning

Autoren: Granberg, A., & Lundholm, V.
Veröffentlicht in: 2025
Herausgeber: DiVA, Linköping University

Conference proceedings (2)

Towards Physically Consistent Deep Learning For Climate Model Parameterizations

Autoren: Birgit Kühbacher, Fernando Iglesias-Suarez, Niki Kilbertus, Veronika Eyring
Veröffentlicht in: 2024 International Conference on Machine Learning and Applications (ICMLA), 2025
Herausgeber: IEEE
DOI: 10.1109/ICMLA61862.2024.00044

Learning Granger Causal Feature Representations

Autoren: Varando, Gherardo and Fernández-Torres, Miguel-Ángel and Camps-Valls, Gustau
Veröffentlicht in: Climate Change AI, 2021
Herausgeber: Climate Change AI