Leveraging a radar-based disdrometer network to develop a probabilistic precipitation phase model in eastern Canada
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. This study presents a probabilistic model that partitions the precipitation phase based on hourly measurements from a network of radar-based disdrometers in eastern Canada. The network consists of 27 meteorological stations located in a boreal climate for the years 2020–2023. Precipitation phase observations showed a 2 m air temperature interval between 0–4 °C, where probabilities of occurrence of solid, liquid, or mixed precipitation significantly overlapped. Single-phase precipitation was found to occur more frequently than mixed-phase precipitation. Probabilistic phase-guided partitioning (PGP) models of increasing complexity using random forest algorithms were developed. The PGP models classified the precipitation phase and partitioned the precipitation accordingly into solid and liquid amounts. PGP_basic is based on 2 m air temperature and site elevation, while PGP_hydromet integrates relative humidity, surface pressure, and precipitation rate. PGP_full includes all previous data, along with atmospheric reanalysis data, the 1000–850 hPa layer thickness, and temperature lapse rate. The PGP models were compared to benchmark precipitation-phase-partitioning methods. These included a model with a single temperature threshold set at 1.5 °C, a linear-transition model with dual temperature thresholds of −0.38 and 5 °C, and a psychrometric balance model. Among the benchmark models, the single temperature threshold had the best classification performance (F1 score of 0.74) due to a low count of mixed-phase events. The other benchmark models tended to over-predict mixed-phase precipitation in order to decrease the partitioning error. All PGP models showed significant phase classification improvement by reproducing the observed overlapping precipitation phases based on 2 m air temperature. PGP_hydromet and PGP_full displayed the best classification performance (F1 score of 0.84). In terms of partitioning error, PGP_full had the lowest RMSE (0.27 mm) and the least variability in performance. The RMSE of the single-temperature-threshold model was the highest (0.40 mm) and showed the greatest performance variability. An input variable importance analysis revealed that the additional data used in the more complex PGP models mainly improved mixed-phase precipitation prediction. The improvement of mixed-phase prediction remains a challenge. Relative humidity was deemed to be the least important input variable used due to consistent near-saturation water vapour conditions. Additionally, the reanalysis atmospheric data proved to be an important factor in increasing the robustness of the partitioning process. This study establishes a basis for integrating automated phase observations into a hydrometeorological observation network and for developing probabilistic precipitation phase models.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 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) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».