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Enregistrement W4389885075 · doi:10.5194/hess-2023-282

Closing the data gap: runoff prediction in fully ungauged settings using LSTM

2023· preprint· en· W4389885075 sur OpenAlexaff
Reyhaneh Hashemi, Pierre Javelle, Olivier Delestre, Saman Razavi

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrology and Watershed Management Studies
Établissements canadiensGlobal Institute for Water SecurityUniversity of Saskatchewan
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSample (material)Computer scienceContext (archaeology)BenchmarkingGeneralizationField (mathematics)Artificial intelligenceDeep learningArtificial neural networkSurface runoffOperations researchGeologyMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. Prediction in ungauged basins (PUB), where flow measurements are unavailable, is a critical need in hydrology and has been a focal point of extensive research efforts in this field over the past two decades. From the perspective of deep learning, PUB can be viewed as a scenario where the generalization capability of a pretrained neural network is employed to make predictions on samples that were not included in its training data set. This paper adopts this view and conducts genuine PUB using long short-term memory (LSTM) networks. Unlike PUB approaches based on k-fold training-test technique, where an arbitrary catchment B is treated as gauged in k−1 rounds and as ungauged in one round, our approach ensures that the sample for which the PUB is conducted (the UNGAUGED sample) is completely independent from the sample used to previously train the LSTMs (the GAUGED sample). The UNGAUGED sample includes 379 catchments from five hydrological regimes: Uniform, Mediterranean, Oceanic, Nivo-Pluvial, and Nival. PUB predictions are conducted using LSTMs trained both at the regime level (using only gauged catchments within a specific regime) and at the national level (using all gauged catchments). For benchmarking the performance of LSTM in PUB, four regionalized variants of the GR4J conceptual model are considered: spatial proximity, multi-attribute proximity, regime proximity, and IQ-IP-Tmin proximity, where IQ, IP, and Tmin are the indices defining the five hydrological regimes. To align with the study's fully ungauged context, the IQ index, which is also an input feature for the LSTMs, and the regime classification, crucial for the REGIME LSTMs, are reproduced under ungauged conditions using a regime-informed neural network and an XGBoost multi-class classifier respectively. The results demonstrate the overall superior performance of NATIONAL LSTMs compared to REGIME LSTMs. Among the four regionalization approaches tested for GR4J, the IQ-IP-Tmin proximity approach proves to be the most effective when analyzed on a regime-wise basis. When comparing the best-performing LSTM with the best-performing GR4J model within each regime, LSTMs show superior performance in both the Nival and Mediterranean regimes.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
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 enseignants0,015
Score d'incertitude au seuil0,030

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,103
Tête enseignante GPT0,298
Écart entre enseignants0,195 · 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

Citations3
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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