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Enregistrement W4221024110 · doi:10.5194/egusphere-egu22-3281

Assessment of Transfer Learning Techniques to Improve Streamflow Predictions in Data-Sparse Regions

2022· preprint· en· W4221024110 sur OpenAlexaffabout
Yegane Khoshkalam, Farshid Rahmani, Alain N. Rousseau, Kian Abbasnezhadi, Chaopeng Shen, Étienne Foulon

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrology and Watershed Management Studies
Établissements canadiensEnvironment and Climate Change CanadaInstitut National de la Recherche Scientifique
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésStreamflowFlood forecastingHydrometeorologyEnvironmental sciencePrecipitationDrainage basinFlood mythMeteorologyHydrology (agriculture)GeographyCartographyGeology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Reliable streamflow predictions are critical for managing water resources for flood warning, agricultural irrigation apportionment, hydroelectric production, to name a few. However, there are geographical heterogeneities in available observed streamflow data, river basin geophysical attributes, and meteorological data to support such predictions. Moreover, in data-sparse regions, both process-based and data-driven models have difficulties in being sufficiently calibrated or trained; increasing the difficulty to achieve satisfactory predictions. That being mentioned, it is possible to transfer knowledge from regions with dense and available measured data to data-sparse regions. In earlier work, we have shown that transfer learning based on a long short-term memory (LSTM) network, pre-trained over the conterminous United States, could improve daily streamflow prediction in Quebec (Canada) when compared to a semi-distributed hydrological model (HYDROTEL). The dataset used for pre-training (source dataset) was the Catchment Attributes and Meteorology for Large-sample Studies (CAMELS), while the data for the basins located at the target locations (local dataset) were extracted from the Hydrometeorological Sandbox-École de Technologie Supérieure (HYSETS). Both datasets provide access to various types of information with different spatial resolutions. While HYSETS is generally spanning from 1950 to 2018, the temporal interval for most of the basins reported in CAMELS goes back to 1980. The types of data included in both CAMELS and HYSETS include daily meteorological data (precipitation, temperature, etc.), streamflow observations, and basins physiographic attributes (i.e., considered time-invariant or static). In this work, the techniques applied to further improve streamflow simulations included the use of: (i) streamflow observations and simulated flows from HYDROTEL as input to the LSTM model, (ii) different forcing (meteorological data) and static attribute data from the source and the local datasets, and (iii) additional basins from HYSETS with similar climatological features for model training. The ultimate goal was to improve the accuracy of the predicted hydrographs with an emphasis on enhancing the prediction of peak flows by transfer learning while using the Kling-Gupta efficiency (KGE) and Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) metrics. This investigation has revealed the benefits of using transfer learning techniques based on deep learning models to improve streamflow predictions when compared to the application of a distributed hydrological models in data-sparse regions.

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)0,005
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,013
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: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,024

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0050,013
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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 Opus0,030
Tête enseignante GPT0,297
Écart entre enseignants0,267 · 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

Citations1
Publié2022
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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