Probabilistic modeling of multiple spatial hazards: application to agricultural droughts, hydrological droughts and fire weather.
Notice bibliographique
Résumé
In France, year 2022 witnessed severe drought conditions, with very low flows in rivers starting already during the spring season and widespread wildfire occurrences in summer. In recent years, similar occurrences of consecutive droughts and wildfire hazards have been observed in other climatic regions of the world, including Greece, Portugal, Canary Islands, Canada, California, Australia, etc. These hazards can induce numerous strong socioeconomic impacts in areas such as agriculture, silviculture, energy, ecology, drinking water, civil protection, tourism, etc., and form a complex system of multiple drivers and risks interacting over space and time. Both the individual and the joint probabilities of occurrence of these multiple hazards driving the risks are expected to evolve with climate change. Characterizing the severity of such multiple hazards in probabilistic terms is challenging due to the multivariate nature of the problem, and the fact that each hazard has spatial structure and heterogeneity. In this presentation, we develop a relatively parsimonious stochastic model and estimation procedure to describe the joint space-time variability of three indices: (1) the Soil Wetness Index (SWI), used to characterize agricultural droughts (i.e. soil dryness); (2) River streamflow (Q), used to characterize hydrological droughts; (3) the Fire Weather Index (FWI), used to characterize fire-prone weather conditions. All indices are used at a monthly time step over the 1958-2023 period. SWI and FWI are derived from the SAFRAN atmospheric reanalysis and are available over Metropolitan France on a regular 8*8 km spatial grid (8597 pixels). Streamflow Q is measured at 232 streamgauging stations. The statistical model is based on a causal diagram where we postulate that agricultural drought (SWI) is a precursor for both hydrological drought (Q) and fire-prone conditions (FWI). The space-time distribution of SWI is therefore modeled first using a dimensionality-reduction method to provide a parsimonious description of the space-time variability of SWI. The distribution of Q is then modeled conditionally on the average value taken by SWI on each river catchment, using a generalized additive model for location, scale and shape (GAMLSS) regression. Similarly, the distribution of FWI is modeled conditionally on the value taken by SWI on the same pixel with a GAMLSS regression.Despite its simplicity, the stochastic model is shown to appropriately reproduce several key properties of the three studied hazards, in particular their joint probability of occurrence, their long-term trends and the distribution of the spatial extent or the duration of multi-hazard events. Future work will apply the model to future projections in order to estimate how these properties evolve under climate change. We finish by discussing the relevance of the proposed approach when extrapolated to extreme levels and whether or not this simple approach is adapted to other types of multiple hazards, such as heat + humidity or storm surge + flooding.
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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 | 0,003 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».