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Enregistrement W4408435373 · doi:10.5194/egusphere-egu25-7468

Empirical Evidence of the Importance of Data Recency in LSTM-Based Rainfall-Runoff Modeling 

2025· preprint· en· W4408435373 sur OpenAlexaff
Qiutong Yu, Bryan A. Tolson

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrology and Watershed Management Studies
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésContext (archaeology)Surface runoffComputer scienceStreamflowConvergence (economics)Hydrological modellingRange (aeronautics)Environmental scienceScale (ratio)ClimatologyGeographyDrainage basinCartography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Deep learning (DL)-based hydrological models, particularly those using Long Short-Term Memory (LSTM) networks, typically require large datasets for effective training. In the context of large-scale rainfall-runoff modeling, dataset size can refer to either the number of watersheds or the length of the training period. While it is well established that training a regional model across more watersheds improves performance (Kratzert et al., 2024), the benefits of extending the training period are less clear.Empirical evidence from studies such as Boulmaiz et al. (2020) and Gauch et al. (2021) suggests that longer training periods enhance LSTM performance in rainfall-runoff modeling. This improvement is attributed to the need for extensive datasets to ensure proper model convergence and the ability to capture a wide range of hydrological conditions and events. However, these studies neglected the influence of data recency (or data recentness), which is critical for operational applications that forecast current and future hydrological conditions. In the context of climate change and anthropogenic interventions, the assumption of stationarity (i.e., that historical patterns reliably represent future conditions) may no longer hold for hydrological systems (Shen et al., 2022). Consequently, the selection of training periods should account for potential non-stationarity, as more recent data may better reflect current rainfall-runoff dynamics. Intriguingly, Shen et al. (2022) found that calibrating hydrologic models to the latest data is a superior approach compared to using old data, and completely discarding the oldest data can even improve the performance in streamflow prediction.This study aims to address two research questions: (1) As the number of watersheds increases, is it still necessary to train LSTM models on decades of historical observations? (2) Can LSTM models achieve comparable performance using shorter training periods focused on more recent data? Specifically, we examine whether models trained on recent data outperform those trained on older data and explore how different temporal partitions of historical records affect predictive skill.This study leverages a comprehensive dataset comprising streamflow records from over 1,300 watersheds across North America, representing diverse climatic and hydrological regimes, with streamflow data spanning 1950 to 2023. Training periods are designed to isolate the effects of temporal data recency while keeping period lengths consistent. This approach enables a systematic comparison of model performance using exclusively older (e.g., pre-1980) versus exclusively recent data (e.g., post-1980). This research provides evidence-based recommendations for selecting training data while balancing computational costs, data availability, and prediction accuracy. ReferencesBoulmaiz, T., Guermoui, M., and Boutaghane, H.: Impact of training data size on the LSTM performances for rainfall–runoff modeling, Model Earth Syst Environ, 6, 2153–2164, https://doi.org/10.1007/S40808-020-00830-W/FIGURES/9, 2020.Gauch, M., Mai, J., and Lin, J.: The proper care and feeding of CAMELS: How limited training data affects streamflow prediction, Environmental Modelling and Software, 135, https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2020.104926, 2021.Kratzert, F., Gauch, M., Klotz, D., and Nearing, G.: HESS Opinions: Never train an LSTM on a single basin, Hydrology and Earth System Science, https://doi.org/10.5194/hess-2023-275, 2024.Shen, H., Tolson, B. A., and Mai, J.: Time to Update the Split-Sample Approach in Hydrological Model Calibration, Water Resour Res, 58, e2021WR031523, https://doi.org/10.1029/2021WR031523, 2022.

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)0,010
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,051
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,011
Score d'incertitude au seuil0,051

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0100,051
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,002
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0020,005
Science ouverte0,0010,002
Intégrité de la recherche0,0020,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0070,002

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 Opus0,179
Tête enseignante GPT0,366
Écart entre enseignants0,187 · 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

Citations0
Publié2025
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