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Enregistrement W3211061761 · doi:10.31223/x51w5k

Bridging knowledge gaps with hybrid machine-learning forest ecosystem models (ML-FEMs): inferential simulation of past understory light regimes

2021· preprint· en· W3211061761 sur OpenAlexafffundabout
Adam Erickson, Craig Nistchke

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueFire effects on ecosystems
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésUnderstoryEnvironmental scienceCanopyVegetation (pathology)Black spruceAtmospheric sciencesBoreal ecosystemEcosystemMeteorologyTaigaEcologyForestryGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Soil moisture is a key limiting factor of plant productivity in boreal and montane regions, producing additional climate feedbacks through evaporation, regeneration, mortality, and respiration. Understory solar irradiation – the primary driver of surface temperature and evaporative demand – remains poorly represented in vegetation models due to a lack of 3-D canopy geometry. Existing models are further unable to represent processes lacking sufficient parameterization and/or knowledge, with no land model to date utilizing machine learning (ML) to represent vegetation processes. Here, we developed the first hybrid forest ecosystem model using ML (ML-FEM), a specific case of hybrid AI land model (a concept also invented here). In this approach, ML models are trained and validated with a ground-truth dataset, whether observations or high-fidelity simulations, before being applied to vegetation model parameters for inference, internally or externally to the model. Using this approach, we simulated annual understory global solar irradiation (Iu) across 25.2 Mha in southwestern Canada at 1-ha resolution under historical climate and fire scenarios. In cross-validation, we found that linear and ML regression models performed comparably well in the prediction of angular canopy cover (ACC), due to the linearity of its relationship to predictors (linear R2 = 0.938, RMSE = 0.079; ML R2 = 0.939, RMSE = 0.074). Reduced area burned, increased ignitions, and reduced regeneration potential for recent periods resulted in stable or reduced Iu. This suggests that diminished disturbance may reduce Iu through forest aging, masking latent regeneration decline. Only in the most extreme and unconstrained scenarios did Iu increase. In these experiments, conducted in late 2015, we demonstrated an entirely new class of hybrid models that we anticipated to be of vital importance to understanding and representing pattern-based processes in Earth system models.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,050
Score d'incertitude au seuil0,099

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,013
Tête enseignante GPT0,218
Écart entre enseignants0,206 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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