Gap‐filling approaches for eddy covariance methane fluxes: A comparison of three machine learning algorithms and a traditional method with principal component analysis
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Methane flux (FCH 4 ) measurements using the eddy covariance technique have increased over the past decade. FCH 4 measurements commonly include data gaps, as is the case with CO 2 and energy fluxes. However, gap‐filling FCH 4 data are more challenging than other fluxes due to its unique characteristics including multidriver dependency, variabilities across multiple timescales, nonstationarity, spatial heterogeneity of flux footprints, and lagged influence of biophysical drivers. Some researchers have applied a marginal distribution sampling (MDS) algorithm, a standard gap‐filling method for other fluxes, to FCH 4 datasets, and others have applied artificial neural networks (ANN) to resolve the challenging characteristics of FCH 4 . However, there is still no consensus regarding FCH 4 gap‐filling methods due to limited comparative research. We are not aware of the applications of machine learning (ML) algorithms beyond ANN to FCH 4 datasets. Here, we compare the performance of MDS and three ML algorithms (ANN, random forest [RF], and support vector machine [SVM]) using multiple combinations of ancillary variables. In addition, we applied principal component analysis (PCA) as an input to the algorithms to address multidriver dependency of FCH 4 and reduce the internal complexity of the algorithmic structures. We applied this approach to five benchmark FCH 4 datasets from both natural and managed systems located in temperate and tropical wetlands and rice paddies. Results indicate that PCA improved the performance of MDS compared to traditional inputs. ML algorithms performed better when using all available biophysical variables compared to using PCA‐derived inputs. Overall, RF was found to outperform other techniques for all sites. We found gap‐filling uncertainty is much larger than measurement uncertainty in accumulated CH 4 budget. Therefore, the approach used for FCH 4 gap filling can have important implications for characterizing annual ecosystem‐scale methane budgets, the accuracy of which is important for evaluating natural and managed systems and their interactions with global change processes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».