Uncertainty Quantification of Deep Learning–Based Statistical Downscaling of Climatic Parameters
Notice bibliographique
Résumé
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.
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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 | 0,004 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 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 ».