MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W4200463866 · doi:10.36334/modsim.2021.f5.mhedhbi

Data-driven approaches to rainfall nowcasting for application in hydrological modelling

2021· article· en· W4200463866 sur OpenAlexaffabout
Rim Mhedhbi, Marina G. Erechtchoukova

Notice bibliographique

RevueMODSIM2021, 24th International Congress on Modelling and Simulation. · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrology and Watershed Management Studies
Établissements canadiensYork University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésNowcastingComputer scienceEnvironmental scienceRemote sensingClimatologyMeteorologyGeologyGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Flash floods are amongst the most complex and destructive phenomena.An abundance of process-based and data-driven models was proposed to serve as decision support tools for flood management authorities.While various observed hydrological and meteorological characteristics were usually used as an input for flash flood modelling, it was also found that integrating rainfall forecasts could considerably enhance the models' predictive ability.This study focuses on finding reliable and efficient data-driven rainfall nowcasting models (0-2h lead time).These models could then be integrated into a short-term flash flood prediction framework to investigate the framework performance including the effect of the precipitation nowcasts on the reliability of the modelling results.It is important to note that only data from rain gauges located on the same watershed are used to predict future precipitation.Rainfall data obtained from two rain gauges installed in the Spring Creek watershed, Ontario, Canada were used in this study.The investigated watershed is highly urbanized and prone to flash floods.Investigated data spanned four years from 2013 to 2016.We tackled this data-driven modelling problem from two perspectives: (1) an algorithmic and (2) a datacentric.From the algorithmic perspective, a comparative study of three data-driven models was performed.These models included the status quo persistence model, the statistical AutoRegressive Integrated Moving Average (ARIMA) model and the deep learning Long Short-Term Memory (LSTM) model.These models were applied to each time series to predict rainfall in the respective rain gauge location (univariate modelling).Following the data-centric approach, data from both sensors were combined into one dataset to predict rainfall in each sensor location (multivariate modelling).Lagged rainfall values from the sensor at the target location and the adjacent sensor were fed into an LSTM model to predict rainfall at the target location.Models were created for each investigated year for lead times ranging from 15 minutes to 60 minutes (corresponding to the time scale of the investigated rainfall events).Data for each year were chronologically split into training and testing with a 70%:30% split ratio.Root Mean Square Error (RMSE) and Maximum Residual Error (MRE) were used as evaluation metrics.Obtained results showed that overall, according to the estimated RMSE, LSTM demonstrated a better performance for all years except the year 2015.Figure 1 depicts models' performance for 2013 at the Hart Lake location using single sensor data.Further analysis revealed that the year 2015 had major hydrological pattern difference between the training and testing sets.MRE did not indicate major variations between the years; it was found that all the models performed approximately at the same level as the persistence model.The models failed to predict extreme values accurately.The data-centric approach, however, showed different results.According to the RMSE and MRE metrics, LSTM models trained using data from both sensors demonstrated major improvement on data from years 2014 and 2015 for both target areas.Evaluation of the model performance on data from years 2013 and 2016 gave inconsistent results.Further investigation showed that the improvement in the model predictive ability coincided with the sensors' location and the dominating wind direction in the modeled years.In general, combining data from multiple sensors when used with the LSTM model showed promising results.Further extension of input variables including meteorological data collected on the investigated watershed will be the next step of the presented study.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,006
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: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,019

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,006
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,002
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,205
Tête enseignante GPT0,310
Écart entre enseignants0,106 · 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
GenreEmpirique

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'admission2
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueMODSIM2021, 24th International Congress on Modelling and Simulation.Même sujetHydrology and Watershed Management StudiesTravaux en français237 207