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Enregistrement W4410551584 · doi:10.1016/j.aeaoa.2025.100335

Nitrous oxide prediction through machine learning and field-based experimentation: A novel strategy for data-driven insights

2025· article· en· W4410551584 sur OpenAlexaff
Muhammad Hassan, Khabat Khosravi, Travis J. Esau, Gurjit S. Randhawa, Aitazaz A. Farooque, Seyyed Ebrahim Hashemi Garmdareh, Yulin Hu, Nauman Yaqoob, Asad T. Jappa

Notice bibliographique

RevueAtmospheric Environment X · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueWater Quality Monitoring and Analysis
Établissements canadiensUniversity of GuelphDalhousie UniversityUniversity of Prince Edward Island
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésField (mathematics)Nitrous oxideMachine learningComputer scienceArtificial intelligenceData scienceChemistryMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Applying machine learning to predict complex environmental phenomena like greenhouse gas emissions (GHG) is gaining significant attention. This study introduces innovative ensemble learning models that integrate the randomizable filter classifier (RFC), regression by discretization (RBD), and attribute-selected classifier (ASC) with the random forest (RF) algorithm, resulting in hybrid models (RFC-RF, RBD-RF, and ASC-RF). These models predicted nitrous oxide (N 2 O) and water vapor (H 2 O) emissions from agricultural soils. These model were benchmarked against a support vector regression (SVR) model. The dataset comprised 401 samples from potato fields in Prince Edward Island (PEI) and 122 samples from New Brunswick (NB), including measurements of N 2 O and H 2 O and related input variables such as soil moisture (SM), temperature ST, electrical conductivity (EC), wind speed, solar radiation, relative humidity, precipitation, air temperature (AT), dew point, vapor pressure deficit, and reference evapotranspiration. Feature selection and optimization of input scenarios were achieved using a combination of particle swarm optimization (PSO) and manual methods. Model performance was evaluated using multiple metrics: scatter plots, kite diagrams, density distribution histograms of relative percentage error, coefficient of determination (R 2 ), Nash–Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), Percent of BIAS (PBIAS), coefficient of uncertainty at the 95% confidence level (U95%), Kling–Gupta efficiency (KGE), Willmott index of agreement (WI), and Legates and McCabe coefficient of efficiency (LME). Results demonstrated that the hybrid RFC-RF model outperformed the other models for N 2 O and H 2 O predictions in PEI and NB, followed by the RBD-RF, ASC-RF, and SVR models. The new models demonstrated good performance according to R 2 values, while the SVR model ranged from unacceptable to good. The study found that combining soil and climatic variables improved prediction accuracy, with ST, AT, and soil EC being the most influential variables. SHapley Additive exPlanations (SHAP) analysis confirmed the importance of ST for both N 2 O and H 2 O predictions. The findings underscore the significance of dataset length over input-output correlation and indicate that combining soil and climatic variables enhances model prediction accuracy. The developed models offer reliable and cost-effective tools for researchers, policymakers, and stakeholders to effectively predict and manage GHG in agricultural contexts.

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)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,008
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: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,020

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,008
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,030
Tête enseignante GPT0,282
Écart entre enseignants0,251 · 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

Citations3
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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