A source-target transfer learning framework with physics priors for subsurface chlorophyll reconstruction in the Northwest Pacific Ocean

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作者
Xiang Gong,Xiaoling Li,Xiaoyu Liu,Jinxuan Wan,Tao Zou,Xun Gong,Xinyu Guo,Wenming Yin
出处
期刊:iScience [Cell Press]
卷期号:29 (11): 117109-117109
标识
DOI:10.1016/j.isci.2026.117109
摘要

Three-dimensional (3D) chlorophyll-a (Chl-a) distributions provide a foundation for understanding upper-ocean ecosystem dynamics and biogeochemical variability. We developed the source-target coupled network (ST-CoupleNet), a physics-guided transfer learning framework that combines Earth system model simulations with observation-constrained reconstructions to estimate subsurface Chl-a in the Northwest Pacific Ocean. The framework first learns large-scale spatiotemporal vertical representations from long-term CMIP6 simulations and then adapts them using reconstructed fields constrained by BioGeoChemical-Argo (BGC-Argo) observations, reducing simulation biases while preserving regional variability. By integrating dual-attention, residual learning, and convolutional long short-term memory (ConvLSTM) architectures, ST-CoupleNet substantially improves reconstruction accuracy over a conventional convolutional neural network (CNN). This framework demonstrates how transferable knowledge from climate simulations can be combined with autonomous observations to generate continuous 3D Chl-a fields, enabling large-scale investigations of subsurface marine ecosystems and biogeochemical change.
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