Interpretation of glacier mass change within the Upper Yukon Watershed from GRACE using Explainable Automated Machine Learning Algorithms
Notice bibliographique
Résumé
Glaciers play a vital role in providing water resources for drinking, agriculture, and hydro-electricity in many mountainous regions. As global warming progresses, accurately reconstructing long-term glacier mass changes and comprehending their intricate dynamic relationships with environmental variables are imperative for sustaining livelihoods in these regions. This paper presents the use of eXplainable Machine Learning (XML) models with GRACE and GRACE-FO data to reconstruct long-term monthly glacier mass changes in the Upper Yukon Watershed (UYW), Canada. We utilized the H2O-AutoML regression tools to identify the best performing Machine Learning (ML) model for filling missing data and predicting glacier mass changes from hydroclimatic data. The most accurate predictive model in this study, the Gradient Boosting Machine, coupled with explanatory methods based on SHapley Additive eXplanation (SHAP) and Local Interpretable Model-Agnostic Explanations (LIME) analyses, led to automated XML models. The XML unveiled and ranked key predictors of glacier mass changes in the UYW, indicating a decrease since 2014. Analysis showed decreases in snow water equivalent, soil moisture storage, and albedo, along with increases in rainfall flux and air temperature were the main drivers of glacier mass loss. A probabilistic analysis hinging on these drivers suggested that the influence of the key hydrological features is more critical than the key meteorological features. Examination of climatic oscillations showed that high positive anomalies in sea surface temperature are correlated with rapid depletion in glacier mass and soil moisture, as identified by XML. Integrating H2O-AutoML with SHAP and LIME not only achieved high prediction accuracy but also enhanced the explainability of the underlying hydroclimatic processes of glacier mass change reconstruction from GRACE and GRACE-FO data in the UYW. This automated XML framework is applicable globally, contingent upon sufficient high-quality data for model training and validation. • Machine learning models reconstruct glacier mass changes using GRACE & GRACE-FO data. • Explainable machine learning model reveals key process driving glacier mass changes. • Oceanic-climatic oscillations contribute to the rapid depletion of glacier mass.
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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 | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| 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 ».