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Enregistrement W4408428086 · doi:10.5194/egusphere-egu25-12547

What is the role of machine learning when we want to simulate hydrological processes?

2025· preprint· en· W4408428086 sur OpenAlexaff
Martyn Clark, Cyril Thébault, Darri Eythorsson, Nicolás Vasquéz, Wouter Knoben, Andrew W. Wood

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrological Forecasting Using AI
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligence

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

It has now been almost five years since Grey Nearing and his colleagues published their provocative commentary “What Role Does Hydrological Science Play in the Age of Machine Learning?”. Nearing et al. reviewed experiments that use deep learning to simulate time series of streamflow, emphasizing results that show there is substantially more information in large‐domain hydrological data sets than hydrologists have been able to translate into theory or models. In their commentary, Nearing et al. encouraged the hydrology community “to focus on developing a quantitative understanding of where and when hydrological process understanding is valuable in a modeling discipline [that is] increasingly dominated by machine learning.”This presentation will summarize advances in process-based hydrological modeling in our research group in the five years since Nearing et al. published their controversial commentary. To bridge the gap between process-based modeling and machine learning, we depart from the focus of Nearing et al. where machine learning has a central role in the modeling ecosystem – instead, we ask how machine learning can enable and accelerate the development of process-based hydrological models. We will emphasize the components of the model ecosystem where we use machine learning and artificial intelligence, and the ecosystem components where we do not. We will discuss our advances in generating ensemble spatial meteorological fields, the numerical implementation of process-based models, process-based parameter estimation, multi-model combinations, and reproducible and transparent workflows. We will demonstrate tangible progress in closing the gap between the predictive performance of (hybrid) process-based models and pure machine learning algorithms for hydrological predictions across large geographical domains. We also demonstrate prototype workflows that use artificial intelligence to support the hydrological modelling exercise from A-Z, including the configuration, running, optimisation and interpretation of complex process-based models. We consider the community value and dangers of using AI to assist in different aspects of the process of scientific discovery.We will end the presentation by returning to the question posed by Nearing et al. – What Role Does Hydrological Science Play in the Age of Machine Learning? We will argue that the appropriate use of machine learning and artificial intelligence is beginning to enable the development of process-based models that effectively use the information in large-domain hydrological datasets, while maintaining the interpretability and transparency of physically grounded simulations. We will suggest a path forward for the discipline where machine learning and artificial intelligence are essential to develop the next generation of hydrological prediction systems.

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)0,019
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,105
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,019
Score d'incertitude au seuil0,103

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0190,105
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0030,019
Communication savante0,0080,019
Science ouverte0,0040,002
Intégrité de la recherche0,0160,033
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,003

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 Opus0,020
Tête enseignante GPT0,260
Écart entre enseignants0,240 · 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'étudeThéorique ou conceptuel
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

Citations0
Publié2025
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Résumé présentoui

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