AI与机器学习、深度学习在气候变化预测中的应用与实践

前言:

全球气候变化是现代社会面临的最重要的环境挑战之一,影响了气温、降水、海平面、农业、生态系统等多个方面。气候变化的驱动因素主要包括温室气体排放、气溶胶浓度、火灾频发、海冰融化、叶绿素变化、农业变化和生态环境变化等。这些因素在全球范围内交互作用,导致复杂的气候变化模式。通过本课程,学生将学习如何应用ChatGPT、Deepseek辅助Python编程、学习如何下载处理NASA卫星、CMIP6数据。通过机器学习(K-means,SVM,决策树)和深度学习(CNN,LSTM)技术来分析和预测这些驱动因素的趋势,进而为科学研究和政策决策提供重要的数据支持。

提供从数据处理、模型选择、训练与优化到结果解读的完整流程指导,使用真实的全球和模拟的全球气候数据,掌握机器学习与深度学习模型在气候数据在农业、生态分析中的实际应用。还将使用大量的编程实例和实际项目,帮助学生在理解算法原理的同时,熟练掌握模型应用技能,帮助学生进一步撰写发表科研论文。

内容简要:

第一部分:气候变化驱动因素与数据科学基础

1.1 气候变化

·全球气候变化

·中国碳中和计划

·CMIP6气候数据简介

1.2 相关驱动因素导致全球全球气候变化

·温室气体排放

·云和气溶胶

·火灾

·生态环境

·农业生产

1.3 ChatGPT的简介和应用

·ChatGPT的简介

·ChatGPT的使用

1.4 气候数据科学的应用

·数据科学在气候变化研究中的作用

·机器学习和深度学习分析气候数据,预测气候变化趋势

·数据科学流程,包括数据获取、清洗、建模和结果解释

第二部分:Python数据处理和可视化

2.1 Python环境的安装(Anaconda环境安装,虚拟环境的配置,Jupyter Notebook安装)

2.2 Python相关库原理介绍(Numpy,Pandas,Matplotlib,Cartopy,Pyhdf)

2.3 Jupyter Notebook实操:

·Numpy库(最小值,最大值,平均值,标准差,NaN数据)

·Matplotlib库(折线图,散点图,饼状图,热力图)

·Pandas库(数据读取)

·Cartopy库(投影方式;分辨率,海岸线,河流,国界线;轨迹线;截取区域)

·Pyhdf库(读取卫星数据)

第三部分:机器学习模型

3.1 机器学习的分类

·监督学习(Supervised Learning)

·非监督学习(Unsupervised Learning)

3.2 监督学习

·监督回归算法(Regression Algorithms)

线性回归(Linear Regression)

多项式回归(Polynomial Regression)

·监督分类算法(Classification Algorithms)

逻辑回归(Logistic Regression)

K最近邻(K-Nearest Neighbors, KNN)

支持向量机(Support Vector Machines, SVM)

决策树(Decision Trees)

随机森林(Random Forests)

梯度提升机(Gradient Boosting Machines, GBM)

3.3 非监督学习

·聚类算法(Clustering Algorithms)

K-means聚类

层次聚类(Hierarchical Clustering)

·降维技术(Dimensionality Reduction)

主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)

3.4 模型评估指标:

回归指标(MSE、RMSE、MAE、R²)

分类指标(Accuracy、Precision、Recall、F1-Score)

3.5 ARIMA(自回归差分移动平均):

ARIMA是时间序列分析与预测的统计模型。它可以用于处理平稳时间序列和非平稳时间序列,通过捕捉时间序列中的自相关和趋势信息来进行预测 。

案例:温室气体浓度的时序分析与预测

第四部分:深度学习模型

4.1 神经网络基础(Artificial Neural Networks, ANN)

4.2深度学习框架:TensorFlow和PyTorch

4.3卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)

4.4 循环神经网络(Recurrent Neural Networks, RNN)

4.5 长短期记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)

4.6 使用NN-SVG画神经网络图

第五部分:实战

5.1 全球气候变化相关数据集下载与处理(MERRA2气溶胶、MODIS气溶胶、MODIS海冰、MODIS叶绿素、CALIPSO气溶胶、AERONET气溶胶)

5.2 CMIP6数据集下载和处理案例

5.3 野火气溶胶探测识别(R-CNN)

5.4 气候变化对农作物的影响(农作物生产)

5.5 气候变化对生态环境的影响(NDVI预测,草地监控)

第六部分:几种大语言模型对比和总结

6.1 比较Chatgpt、Deepseek和grok-3(如何使用开发者模式)在不同科研工作情况下如何使用

6.2 整体内容总结

6.3 相关内容进一步研究

推荐阅读: 2025最新AI+CMIP6数据分析与可视化、降尺度技术与气候变化的区域影响、极端气候分析高级应用https://mp.weixin.qq.com/s/OJXyaSD5vgzB3zIqFghIgg【科研必备】基于"RWEQ+"集成技术在土壤风蚀模拟与风蚀模数估算、变化归因分析中的实践应用及SCI论文撰写https://mp.weixin.qq.com/s/TzfGFuCv0RkmHw37ueO-jg【科研必备】基于"RWEQ+"集成技术在土壤风蚀模拟与风蚀模数估算、变化归因分析中的实践应用及SCI论文撰写https://mp.weixin.qq.com/s/TzfGFuCv0RkmHw37ueO-jg

相关推荐
NAGNIP3 小时前
一文搞懂深度学习中的通用逼近定理!
人工智能·算法·面试
冬奇Lab4 小时前
一天一个开源项目(第36篇):EverMemOS - 跨 LLM 与平台的长时记忆 OS,让 Agent 会记忆更会推理
人工智能·开源·资讯
冬奇Lab4 小时前
OpenClaw 源码深度解析(一):Gateway——为什么需要一个"中枢"
人工智能·开源·源码阅读
AngelPP8 小时前
OpenClaw 架构深度解析:如何把 AI 助手搬到你的个人设备上
人工智能
宅小年8 小时前
Claude Code 换成了Kimi K2.5后,我再也回不去了
人工智能·ai编程·claude
九狼8 小时前
Flutter URL Scheme 跨平台跳转
人工智能·flutter·github
ZFSS8 小时前
Kimi Chat Completion API 申请及使用
前端·人工智能
天翼云开发者社区9 小时前
春节复工福利就位!天翼云息壤2500万Tokens免费送,全品类大模型一键畅玩!
人工智能·算力服务·息壤
知识浅谈10 小时前
教你如何用 Gemini 将课本图片一键转为精美 PPT
人工智能
Ray Liang10 小时前
被低估的量化版模型,小身材也能干大事
人工智能·ai·ai助手·mindx