elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Barrierefreiheit | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

Crowdsourcing the Frontier: Advancing Hybrid Physics-ML Climate Simulation via a $50,000 Kaggle Competition

Lin, Jerry und Hu, zeyuan und Beucler, Tom und Frields, Katherine und Christensen, Hannah M. und Hannah, Walter und Heuer, Helge und Ukkonen, Peter und Mansfield, Laura A. und Zheng, Tian und Peng, Liran und Gupta, Ritwik und Gentine, Pierre und Al-Naher, Yusef und Duan, Mingjiang und Hattori, Kyo und Ji, Weiliang und Li, Chunhan und Matsuda, Kippei und Murakami, Naoki und Ron, Shlomo und Serlin, Marec und Song, Hongjian und Tanabe, Yuma und Yamamoto, Daisuke und Zhou, Jianyao und Pritchard, Michael (2026) Crowdsourcing the Frontier: Advancing Hybrid Physics-ML Climate Simulation via a $50,000 Kaggle Competition. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Seiten 1-24. Wiley. doi: 10.1029/2025MS005643. ISSN 1942-2466.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.1029/ 2025MS005643

Kurzfassung

Subgrid machine‐learning (machine learning [ML]) parameterizations have the potential to introduce a new generation of climate models that incorporate the effects of higher‐resolution physics without incurring the prohibitive computational cost associated with more explicit physics‐based simulations. However, important issues, ranging from online instability to inconsistent online performance, have limited their operational use for long‐term climate projections. To more rapidly drive progress in solving these issues, domain scientists and ML researchers opened up the offline aspect of this problem to the broader ML and data science community with the release of ClimSim, a NeurIPS Data sets and Benchmarks publication, and an associated Kaggle competition. This paper reports on the downstream results of the Kaggle competition by coupling emulators inspired by the winning teams' architectures to an interactive climate model (including full cloud microphysics, a regime historically prone to online instability) and systematically evaluating their online performance. Our results demonstrate that online stability in the low‐resolution real‐geography setting is reproducible across multiple diverse architectures, which we consider a key milestone. All tested architectures exhibit strikingly similar offline and online biases, though their responses to architecture‐agnostic design choices (e.g., expanding the list of input variables) can differ significantly. Multiple Kaggle‐inspired architectures achieve state‐of‐the‐art results on certain metrics such as zonal mean bias patterns and global Root Mean Squared Error, indicating that crowdsourcing the essence of the offline problem is one path to improving online performance in hybrid physics‐AI climate simulation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/228012/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Crowdsourcing the Frontier: Advancing Hybrid Physics-ML Climate Simulation via a $50,000 Kaggle Competition
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lin, JerryUniversity of California, Irvine, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hu, zeyuanNVIDIA Research, Santa Clara, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beucler, TomUniversity of Lausanne, Lausanne, Switzerlandhttps://orcid.org/0000-0002-5731-1040NICHT SPEZIFIZIERT
Frields, KatherineDepartment of Earth System Sciences, University of California at Irvine, Irvine, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Christensen, Hannah M.University of Oxford, Oxford, UK View author publications You can also searhttps://orcid.org/0000-0001-8244-0218NICHT SPEZIFIZIERT
Hannah, WalterLawrence Livermore National LabNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heuer, HelgeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2411-7150230437647
Ukkonen, PeterUniversity of Oxford, Oxford, United KingdomNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mansfield, Laura A.Department of Physics, University of Oxford, Oxford, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zheng, TianColumbia University, New York, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Peng, LiranDepartment of Earth System Sciences, University of California at Irvine, Irvine, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gupta, RitwikUniversity of California, BerkeleyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gentine, PierreDepartment of Earth and Environmental Engineering, Columbia University, New York, USAhttps://orcid.org/0000-0002-0845-8345NICHT SPEZIFIZIERT
Al-Naher, YusefUnaffiliated, Amsterdam, The NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Duan, MingjiangZ Lab, Hangzhou, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hattori, KyoABEJA Inc., Nagoya, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ji, WeiliangZ Lab, Hangzhou, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, ChunhanZ Lab, Hangzhou, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Matsuda, KippeiKawasaki Heavy Industries, Ltd., Kobe, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Murakami, NaokiDeNA Co., Ltd, Tokyo, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ron, ShlomoUnaffiliated, Ramat Gan, IsraelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Serlin, MarecUber Technologies, Inc., Seattle, WA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Song, HongjianZ Lab, Hangzhou, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tanabe, YumaUnaffiliated, Kyoto, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yamamoto, DaisukeUnaffiliated, Nara, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhou, JianyaoUnaffiliated, Melbourne, VIC, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pritchard, MichaelDepartment of Earth System Science, University of California Irvine, Irvine, CA, USAhttps://orcid.org/0000-0002-0340-6327NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:Journal of Advances in Modeling Earth Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1029/2025MS005643
Seitenbereich:Seiten 1-24
Verlag:Wiley
ISSN:1942-2466
Status:veröffentlicht
Stichwörter:hybrid, physics, machine learning, superparameterization, MMF, kaggle
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystemmodell -Evaluation und -Analyse
Hinterlegt von: Heuer, Helge
Hinterlegt am:19 Okt 2026 08:54
Letzte Änderung:27 Okt 2026 13:23

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
OpenAIRE Validator logo electronic library verwendet EPrints
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.