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Enregistrement W4413794448 · doi:10.5194/egusphere-2025-3968

High-resolution remote sensing and machine-learning-based upscaling of methane fluxes: a case study in the Western Canadian tundra

2025· preprint· en· W4413794448 sur OpenAlexafffundabout
Kseniia Ivanova, Anna‐Maria Virkkala, Victor Brovkin, Tobias Stacke, Barbara Widhalm, Annett Bartsch, Carolina Voigt, Oliver Sonnentag, Mathias Goeckede

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueCryospheric studies and observations
Établissements canadiensUniversité de Montréal
Organismes subventionnairesHORIZON EUROPE European Research CouncilNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaBundesministerium für Forschung und TechnologieTEDHORIZON EUROPE Climate, Energy and MobilityAcademy of FinlandH2020 European Research CouncilE.B. Eddy Endowment FundEuropean Space AgencyNetworks of Centres of Excellence of CanadaCanada First Research Excellence FundGordon and Betty Moore Foundation
Mots-clésTundraRandom forestEnvironmental scienceArcticGradient boostingSupport vector machineFlux (metallurgy)Atmospheric sciencesTerrainRemote sensingGeographyCartographyMachine learningGeologyComputer scienceChemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. Arctic methane (CH4) budgets are uncertain because field measurements often capture only fragments of the wet-to-dry gradient that control tundra CH4 fluxes. Wet hotspots are over-represented, while dry, net-sink sites are under-sampled. We paired over 13,000 chamber flux measurements during peak growing season in July (2019–2024) from Trail Valley Creek in the western Canadian Arctic with co-registered remotely sensed predictor variables to test how spatial resolution (1 m vs. 10 m) and choice of machine-learning algorithm shape upscaled CH4flux maps over our 3.1 km2 study domain. Four algorithms for CH4 flux scaling (Random Forest (RF), Gradient Boosting Machine (GBM), Generalised Additive Model (GAM), and Support Vector Regression (SVR)) were tuned using the same stack of multispectral indices, terrain derivatives and a six-class landscape classification. Tree-based models such as RF and GBM offered the best balance of 10-fold cross-validated R² (≤0.75) and errors, so RF and GBM were used in a subsequent step for upscaling to the study area. With 1 m resolution, GBM captured the full range of microtopographic extremes and predicted a mean July flux of 99 mg CH4 m-2 month-1. In contrast, RF, which smoothed local extremes, yielded an average flux of 519 mg CH4 m-2 month-1. The disagreement between flux estimates using GBM and RF correlated mainly with the Normalized Difference Water Index (NDWI), a moisture proxy, and was most pronounced in waterlogged, low-lying areas. Aggregating predictors to 10 m averaged the sharp metre-scale flux highs in hollows and lows on ridges, narrowing the GBM-RF difference to ~75 mg CH4 m-2 month-1while broadening the overall flux distribution with more intermediate values. At 1 m, microtopography is the main driver. At 10 m, moisture proxies explained about half of the variance. Our results demonstrate that: (i) sub‑metre predictors are indispensable for capturing the wet-dry microtopography and its CH4 signals, (ii) upscaling algorithm selection strongly controls prediction spread and uncertainty once that microrelief is resolved, and (iii) coarser grids smooth local microtopographic details, resulting in flattened CH4 flux peaks and wider distribution. All factors combined lead to potentially large differences in scaled CH4 flux budgets, calling for a careful selection of scaling approaches, spatial predictor layers (e.g., vegetation, moisture, topography), and grid resolution. Future work should couple ultra-high-resolution imagery with temporally dynamic indices to reduce upscaling bias along Arctic wetness gradients.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: Observationnel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,029
Score d'incertitude au seuil0,076

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,003
Études des sciences et des technologies0,0020,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,041
Tête enseignante GPT0,257
Écart entre enseignants0,216 · 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'étudeObservationnel
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
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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