Applying machine learning for drought prediction using a large ensemble of climate simulations
Notice bibliographique
Résumé
There is strong scientific and social interest to understand the factors leading to extreme events in order to improve the management of risks associated with hazards like droughts. Recent events like the summer 2018 drought in Germany already had severe und unexpected impacts, e.g. forest fires and crop failures; in order to increase preparedness robust prediction tools are urgently required. In this study, machine learning methods are applied to predict the occurrence of a drought with lead times of one to three months. The approach takes into account a list of thirty atmospheric and soil variables as predictor input parameters from a single regional climate model initial condition large ensemble (CRCM5-LE). The data was produced the context of the ClimEx project by Ouranos with the Canadian Regional Climate Model (CRCM5) driven by 50 members of the Canadian Earth System Model (CanESM2) for the Bavarian and Quebec domains. Drought occurrence was defined using the Standardized Precipitation Index. The training and test datasets were chosen from the current climatology (1955-2005) for the Munich and Lisbon subdomain within the CRCM5-LE. The best performing machine learning algorithms managed to obtain a correct classification of drought or no drought for a lead time of one month for around 60 % of the events of each class for the both domains. Explainable AI methods like feature importance and shapley values were applied to gain a better understanding of the trained algorithms. Physical variables like the North Atlantic Oscillation Index and air pressure one month before the event proved to be of high importance for the prediction. The study showed that better accuracies can be obtained for the Lisbon domain, due to the stronger influence of the North Atlantic Oscillation Index on Portugal’s climate.
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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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| 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 ».