Wind speed retrieval at sea surface is of primary importance for scientific and operational applications. Besides weather models, in-situ measurements and remote sensing technologies, especially satellite sensors, provide complementary means to monitor wind speed. As sea surface winds produce sounds that propagate underwater, underwater acoustics recordings can also deliver fine-grained wind-related information. Whereas model-driven schemes, especially data assimilation approaches, are the state-of-the-art schemes to address inverse problems in geoscience, machine learning techniques become more and more appealing to fully exploit the potential of observation datasets. Here, we introduce a deep learning approach for the retrieval of wind speed time series from underwater acoustics possibly complemented by other data sources such as weather model reanalyses. Our approach bridges data assimilation and learning-based frameworks to benefit both from prior physical knowledge and computational efficiency. Numerical experiments on real data demonstrate that we outperform the state-of-the-art data-driven methods with a relative gain up to 16% in terms of RMSE. Interestingly, these results support the relevance of the time dynamics of underwater acoustic data to better inform the time evolution of wind speed. They also show that multimodal data, here underwater acoustics data combined with ECMWF reanalysis data, may further improve the reconstruction performance, including the robustness with respect to missing underwater acoustics data.


翻译:除了天气模型之外,现场测量和遥感技术,特别是卫星传感器,为监测风速提供了补充手段。随着海面风产生在水下传播的声音,水下声响录音也可以提供精细的风相关信息。模型驱动计划,特别是数据同化方法,是解决地球科学逆向问题的最先进计划,机器学习技术越来越吸引充分利用观测数据集的潜力。这里,我们采用深层次学习方法,从水下声学中检索风速时间序列,可能得到天气模型再分析等其他数据来源的补充。我们的方法将数据同化和学习框架联系起来,既从先前的物理知识和计算效率中受益。对实际数据进行的数字实验表明,我们比最新数据驱动方法的先进,相对增益到RME的16 % 。有趣的是,这些结果支持水下声学数据的时间动态的相关性,以更好地通报风速变化的时间变化,例如天气模型再分析。我们的方法将数据同基于学习的框架联系起来,以便从先前的物理知识和计算效率中受益。关于实际数据的计算实验显示,我们比最新数据高至16 %。这些结果支持水下声学数据的相关性,以便更有助于更好地了解风速变化数据,包括水上数据与水下数据的恢复。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
76+阅读 · 2020年7月26日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
57+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
VIP会员
相关资讯
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员