The sensitivity of hydrologic processes across North America considering model structure and parametric uncertainty
Notice bibliographique
Résumé
Information on the sensitivity of model parameters and model components such as processes are essential for model development, model improvement, and model calibration, amongst others. In this work we apply the method of the extended Sobol’ Sensitivity analysis (xSSA) which not only considers parametric uncertainty but also fully incorporates structural uncertainties (Mai et al. (2019) WRR; under review). The results of such an analysis yield not only the traditional parameter sensitivities but also sensitivities of model process options (e.g., different snowmelt algorithms) and sensitivities of model processes (e.g., snowmelt, infiltration, baseflow). The Raven hydrologic modelling framework (http://raven.uwaterloo.ca) allowing for flexible model structures is employed in this work. We used three options each for infiltration, quickflow, and snow melt as well as two options each for baseflow, and soil evaporation. Rather than considering 108 (3x3x3x2x2) discrete model setups, we used weighted sums of all process options yielding an infinite number of models tested. The analysis is performed for 5797 basins across Canada (CANOPEX; Tarek et al. (2019) HESSD) and the US (USGS). The lumped basin setups use daily precipitation and minimum/ maximum daily temperature. The sensitivity analysis is based on 20 years of daily streamflow simulations (1991-2010) after two years of spin-up (1989-1990). No observed streamflow is required for the analysis. In total more than 450 million model runs were performed to determine sensitivities of parameters, process options and processes (51%, 35%, and 14% of model runs, respectively) across the almost 5800 basins. The computational demand was about 12 core years producing 23 TB of raw model outputs. The analysis allows for unique, new insights into the importance of hydrologic processes and parameters (practically) independent of the model (structure) used. A few highlight results are: 1) Baseflow and other sub-surface processes are of low importance across North America- especially when time points of high flows are of interest. 2) Percolation, evaporation, and infiltration show very similar patterns with increased importance in South-eastern US and west of the Rocky Mountains. 3) Up to 30% of the overall model variability can be attributed to snow melt in regions that are snow dominated (Northern Canada and Rocky mountains). Potential melt shows a similar gradient as snow melt with sensitivities of above 60% in the Province of Quebec and the Rocky Mountains. 4) Direct runoff (quickflow) is the most sensitive of all hydrologic processes- especially in South-Eastern US it is responsible for more than 80% of the model variability.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,011 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».