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Enregistrement W4414672414 · doi:10.5194/hess-29-4761-2025

Can causal discovery lead to a more robust prediction model for runoff signatures?

2025· article· en· W4414672414 sur OpenAlexaff
Hossein Abbasizadeh, Petr Máca, Martin Hanel, Mads Troldborg, Amir AghaKouchak

Notice bibliographique

RevueHydrology and earth system sciences · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrology and Watershed Management Studies
Établissements canadiensUnited Nations University Institute for Water, Environment, and Health
Organismes subventionnairesČeská Zemědělská Univerzita v PrazeMinisterstvo Školství, Mládeže a Tělovýchovy
Mots-clésSurface runoffBayesian networkRobustness (evolution)Bayesian probabilityRandom forestIdentification (biology)Lead (geology)Causal model

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Runoff signatures characterize a catchment's response and provide insight into the hydrological processes. These signatures are governed by the co-evolution of catchment properties and climate processes, making them useful for understanding and explaining hydrological responses. However, catchment behaviors can vary significantly across different spatial scales, which complicates the identification of key drivers of hydrologic response. This study represents catchments as networks of variables linked by cause-and-effect relationships. We examine whether the direct causes of runoff signatures, representing independent causal mechanisms, can explain these catchment responses across different environments. To achieve this goal, we train the models using the causal parents of the runoff signatures and investigate whether it results in more robust, parsimonious, and physically interpretable predictions compared to models that do not use causal information. We compare predictive models that incorporate causal information derived from the relationships between the catchment, climate, and runoff characteristics. The Peter and Clark (PC) causal discovery algorithm is applied separately for 11 runoff signatures to derive causal relationships between catchment attributes, climate indices, and corresponding runoff signatures. Three prediction models – the Bayesian network (BN), generalized additive model (GAM), and random forest (RF) – are used for predictions. The results indicate that among models, BN, a linear model with a structure based on the causal network, exhibits the smallest decline in accuracy between training and test simulations compared to the other models. Across nearly all environments and runoff signatures, using causal parents enhances robustness and parsimony while maintaining the accuracy of GAMs. While RF achieves the highest overall performance, it also demonstrates the most significant drop in accuracy between the training and test phases. When the sample size for training is small, the accuracy of the causal RF model, which uses causal parents as predictors, is comparable to that of the non-causal RF model, which uses all selected variables as predictors, particularly for low-flow duration, high-flow duration, low flows, and high flows. This study demonstrates the potential of causal inference techniques for interpreting and enhancing the prediction of catchment responses by effectively representing the interconnected processes in hydrological systems in a cause-and-effect manner.

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)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,027
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 enseignants0,017
Score d'incertitude au seuil0,034

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,027
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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 Opus0,014
Tête enseignante GPT0,232
Écart entre enseignants0,217 · 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

Citations2
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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