What controls hydrology? An assessment across the contiguous United States through an interpretable machine learning approach
Notice bibliographique
Résumé
Machine learning (ML) is increasingly perceived as a futuristic, superior data-driven approach to scientific discovery. It has already demonstrated remarkable performance in forecasting and prediction, yet its role in enhancing our understanding of hydrological processes remains underexplored. Traditional hydrological interpretations have relied heavily on model-dependent interpretation methods, focusing on the predictive accuracy of ML model predictions. Since hydrological models are built on a collection of assumptions and simplifications, model-dependent approaches might suffer from limited model realism, adequacy, accuracy, and equifinality issues. To address this gap, this study provides an ML approach that works in a model-independent context, working directly on hydroclimatic data collected through monitoring systems. We apply our model-independent interpretation approach to a carefully designed set of hydrologic data collected across the contiguous United States to address the following questions: (1) What are the primary controls of runoff-generation mechanisms, and how can such controls be attributed to catchment properties? (2) How and under what circumstances can the history of climate variables, such as precipitation, be a surrogate for present-time state variables, such as soil moisture and snowpack? We show that the ML approach aids in distinguishing catchments characterized by strong overland flow, interflow, or baseflow components and those primarily driven by rainfall, snowmelt, or a mix thereof. We further show that typical surrogate variables used in hydrology may come short in representing the dynamics of catchments that exhibit a complex interplay of rain and snow.
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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 | 0,001 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».