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Enregistrement W4384524063 · doi:10.1175/jamc-d-23-0057.1

Uncertainty Quantification of Deep Learning–Based Statistical Downscaling of Climatic Parameters

2023· article· en· W4384524063 sur OpenAlexaboutno aff
Vahid Nourani, Kasra Khodkar, Aida Hosseini Baghanam, Sameh A. Kantoush, İbrahim Demir

Notice bibliographique

RevueJournal of Applied Meteorology and Climatology · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueClimate variability and models
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesDisaster Prevention Research Institute, Kyoto UniversityJapan Society for the Promotion of Science
Mots-clésDownscalingClimatologyEnvironmental sciencePrecipitationCoupled model intercomparison projectClimate modelClimate changeGeneral Circulation ModelMeteorologyForcing (mathematics)Representative Concentration PathwaysComputer scienceGeologyGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract This study investigated the uncertainty involved in statistical downscaling of hydroclimatic time series obtained by artificial neural networks (ANNs). Phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6) general circulation model (GCM) Canadian Earth System Model, version 5 (CanESM5), was used as large-scale predictor data for downscaling temperature and precipitation parameters. Two ANNs, feed forward and long short-term memory (LSTM), were utilized for statistical downscaling. To quantify the uncertainty of downscaling, prediction intervals (PIs) were estimated via the lower upper bound estimation (LUBE) method. To assess performance of proposed models in different climate regimes, data from the Tabriz and Rasht stations in Iran were employed. The calibrated models via historical GCM data were used for future projections via the high-forcing and fossil fuel–driven development scenario shared socioeconomic pathway (SSP) 5-8.5. Projections were compared with the Canadian Regional Climate Model 4 (Can-RCM4) projections via the same scenario. Results indicated that both LSTM-based point predictions and PIs are more accurate than the feedforward neural network (FFNN)-based predictions, with an average of 55% higher Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) for point predictions and 25% lower coverage width criterion (CWC) for PIs. Projections suggested that Tabriz is going to experience a warmer climate with an increase in average temperature of 2° and 5°C for near and far futures, respectively, and a drier climate with a 20% decrease in precipitation until 2100. Future projections for the Rasht station, however, suggested a more uniform climate with less seasonal variability. Average precipitation will increase by up to 25% and 70% until near and far future periods, respectively. Ultimately, point predictions show that the average temperature in Rasht will increase by 1°C until the near future and then be a constant average temperature until the far future. Significance Statement The downscaling of hydroclimatic parameters is subject to uncertainty. The best way is to provide an area with the highest contingency of them as a prediction interval. The reduction width of such an interval leads to increased confidence in explaining and predicting these processes. We proposed and applied a deep learning–based machine learning method for both point prediction and prediction interval estimation of temperature and precipitation parameters for the future over two different climatic regions. The results show the superiority of such a machine learning–based prediction interval estimation for quantification of the downscaling uncertainty.

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)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,009
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 enseignants0,007
Score d'incertitude au seuil0,019

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,009
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,020
Tête enseignante GPT0,270
Écart entre enseignants0,249 · 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

Citations11
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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