Daily reference evapotranspiration prediction in Iran: A machine learning approach with ERA5-land data
Notice bibliographique
Résumé
Iran, characterized by diverse climatic conditions, including arid, semi-arid, and humid subtropical regions, where ET₀ dynamics vary significantly due to climatic differences. Reference evapotranspiration (ET₀) is a fundamental component of hydrological modelling and plays a critical role in agricultural water management. Reliable ET₀ predictions are essential for optimizing irrigation systems and estimating water demand. This study evaluates the potential of ERA5-Land reanalysis data, in combination with a Random Forest (RF) machine learning model, to predict daily and 8-day ET₀ across these diverse climatic conditions. Daily ET₀ values were calculated using the FAO-56 Penman-Monteith model and validated against ground-based observations from 50 weather stations (2008–2017). The RF model was trained using ERA5-Land climatic variables (air temperature, relative humidity, and ET₀ from ERA5-Land) along with the day of the year (DOY). Results demonstrated a high correlation between ERA5-Land temperature estimates and observed station data (Pearson correlation coefficient, r = 0.97; Root Mean Square Error, RMSE = 2.77°C), while relative humidity showed a weaker agreement (Normalized Root Mean Square Error, NRMSE = 21 %). The RF model outperformed traditional approaches in arid and semi-arid regions, achieving NRMSE values of 25 % and 28 %, respectively, with a 60 % improvement over humid regions. At the 8-day scale, predictive accuracy improved further (RMSE = 6.05 mm/8 days, r = 0.99). Beyond model performance, this study provides new insights into the spatiotemporal variability of ET₀ across different climatic zones. The findings indicate that temperature is the dominant climatic factor driving ET₀ variability, while relative humidity exhibits higher uncertainty, particularly in humid regions. Seasonal trends highlight notable summer ET₀ peaks exceeding 30 mm/day in arid zones, emphasizing the need for climate-adaptive irrigation strategies. The proposed methodology is computationally efficient, requiring minimal input variables, and demonstrates robust and scalable performance for large-scale ET₀ estimation. These findings provide a cost-effective solution for water resource management, drought monitoring, and climate change adaptation, particularly in data-scarce regions. • Random Forest model accurately predicted 1- and 8-day ET0in Iran using ERA5-Land reanalysis data. • ERA5-Land air temperature (T ERA5-Land ) data correlated strongly with ground-based measurements, unlike relative humidity. • Predicted ET 0 varied seasonally and annually, reflecting climate factors' influence. • Integrating machine learning and climate data improves water resource management and hydrological modeling, especially in data-sparse regions.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 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 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| 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 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 ».