Evaluation of global terrestrial evapotranspiration by state-of-the-art approaches in remote sensing, machine learning, and land surface models
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Evapotranspiration (ET) is a critical component in global water cycle and links terrestrial water, carbon and energy cycles. Accurate estimate of terrestrial ET is important for hydrological, meteorological, and agricultural research and applications, such as quantifying surface energy and water budgets, weather forecasting, and scheduling of irrigation. However, direct measurement of global terrestrial ET is not feasible. Here, we first gave a retrospective introduction to the basic theory and recent developments of state-of-the-art approaches for estimating global terrestrial ET, including remote sensing-based physical models, machine learning algorithms and land surface models (LSMs). Then, we utilized six remote sensing-based models (including four physical models and two machine learning algorithms) and fourteen LSMs to analyze the spatial and temporal variations in global terrestrial ET. The results showed that the mean annual global terrestrial ET ranged from 50.7 × 103 km3 yr−1(454 mm yr−1)to 75.7 × 103 km3 yr−1 (6977 mm yr−1), with the average being 65.5 × 103 km3 yr−1 (588 mm yr−1), during 1982–2011. LSMs had significant uncertainty in the ET magnitude in tropical regions especially the Amazon Basin, while remote sensing-based ET products showed larger inter-model range in arid and semi-arid regions than LSMs. LSMs and remote sensing-based physical models presented much larger inter-annual variability (IAV) of ET than machine learning algorithms in southwestern U.S. and the Southern Hemisphere, particularly in Australia. LSMs suggested stronger control of precipitation on ET IAV than remote sensing-based models. The ensemble remote sensing-based physical models and machine-learning algorithm suggested significant increasing trends in global terrestrial ET at the rate of 0.62 mm yr−2 (p 0.05), even though most of the individual LSMs reproduced the increasing trend. Moreover, all models suggested a positive effect of vegetation greening on ET intensification. Spatially, all methods showed that ET significantly increased in western and southern Africa, western India and northeastern Australia, but decreased severely in southwestern U.S., southern South America and Mongolia. Discrepancies in ET trend mainly appeared in tropical regions like the Amazon Basin. The ensemble means of the three ET categories showed generally good consistency, however, considerable uncertainties still exist in both the temporal and spatial variations in global ET estimates. The uncertainties were induced by multiple factors, including parameterization of land processes, meteorological forcing, lack of in situ measurements, remote sensing acquisition and scaling effects. Improvements in the representation of water stress and canopy dynamics are essentially needed to reduce uncertainty in LSM-simulated ET. Utilization of latest satellite sensors and deep learning methods, theoretical advancements in nonequilibrium thermodynamics, and application of integrated methods that fuse different ET estimates or relevant key biophysical variables will improve the accuracy of remote sensing-based models.
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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 | 0,006 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| 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) | 0,000 | 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 ».